一种双面有机光伏电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种双面有机光伏电池，其结构特征包括：（1）以双面导电透明电极作为器件的衬底。（2）在衬底的两面可分别制备两个子电池。（3）双面导电透明电极的对电极至少有一面是透明、透光的。（4）两子电池可采用并联或串联方式组装成一个整体器件。该双面有机光伏器件结构可有效地避免子电池间电荷互穿效应所导致的电流损失，从而提高电池的光电转化效率。此外，该结构简单、便于制备，可以应用在光伏建筑一体化等领域。
【专利说明】
-种双面有机光伏电池及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于有机光伏电池领域，具体设及电池器件的结构设计及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着石化能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重，清洁的太阳能资源受 到各国政府、企业和科研人员的重视。其中有机太阳能电池具有成本低、重量轻、可折叠便 携、易制成柔性器件等突出优点，已成为当前的研究热点。柔性便携式特点使得有机太阳能 电池可广泛地应用于太阳能背包、帐篷、可穿戴服饰等生活领域，是提高电脑和手机等电子 信息产品续航能力的重要途径。此外，有机太阳能电池还可W应用于太阳能飞机、通讯设备 等国防军工领域。有机太阳能电池可采用全溶液法制备，使得其可集成于建筑窗户、屋顶、 外墙上，有助于光伏建筑一体化的实现，并具有很好的环境兼容性。尽管有机太阳能电池具 有运些优势，但运类电池存在一个明显的缺点，那就是离实际应用所要求的转换效率（> 15%)仍有一定距离。
[0003] 因此，为了提高有机太阳能电池的光电转换效率，主要从新材料的合成、新结构的 构筑和新工艺的开发等几个方面出发，探索有效提高电池效率的方法。运里从改善有机聚 合物太阳能电池的器件结构出发，举例说明人们在运一方面的努力。
[0004] 多结叠层结构是提高有机光伏电池效率的重要手段，叠层结构中各子电池的电子 给体材料具有不同的带隙吸收，能够大范围地拓宽对太阳光的吸收，从而有效地提高器件 的光电转换效率。如，A.J.胎eger等（Science 2007,317,222)利用PCPCTBT:PCBM和P3HT: PC70BM两光活性层组成串联的叠层电池，实现了对紫外、可见与近红外光的吸收，使的能量 效率较单结电池有了很大的提高。再如Y. Yang等（Adv. Mater. ,2014,26,5670)将P3HT、 PDTP-DFBT、PTB7-化S种聚合物分别与富勒締衍生物组成串联的S结叠层电池，使器件效 率可达到了 11.55%。但多结叠层电池器件也存在一些不足，如制作工艺较为复杂，子电池 间存在中间层易影响透光性与导电性，电池器件是串联结构时还要避免子电池间电荷互穿 所导致的电流损失。因此，在叠层结构的基础上开发出结构简单、效率较高的有机光伏器件 就显得十分的重要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了简化叠层器件的制作过程，避免子电池间电荷互穿效应，提 高器件的透光性，即发明了一种双面的的有机光伏器件结构。该结构不仅制作流程简单，且 在同等制备条件下，双面的光伏器件的能量转化效率较单面的叠层电池效率有所提高。
[0006] 本发明采用的技术路线如下：（1)基体衬底的清洗:先将双面导电玻璃置于含有洗 涂剂的自来水中超声清洗15分钟，再轻轻磋揉衬底的两面，让其表面充分的脱脂和去除灰 尘等杂质；之后再将双面导电玻璃置于去离子水中超声清洗15分钟(两次）；然后分别将双 面导电玻璃置于丙酬、无水乙醇、异丙醇溶液中超声清洗15分钟(各两次）。将清洗干净的片 子置于干燥箱中备用。
[0007] (2)根据子电池间的联接模式，在双面导电玻璃衬底表面制备不同性质的电荷传 输层。如：当子电池采用并联模式时，可在衬底两面分别制备PED0T:PSS;而当子电池采用串 联模式时，可在衬底的一面制备PEDOT: PSS层，另一面制备化0薄膜层。
[0008] (3)光活性层的制备:在上述(2)的基础上制备光活性层，如：当子电池按并联模式 时，分别在两界面层(如PED0T:PSS等)上制备光活性层1和光活性层2,为了提高两活性层的 相分离结构，可对活性层进行退火处理。而当子电池按并联模式时，可分别在两界面层上 (如一面为PED0T:PSS，一面为ZnO,等）制备制备光活性层巧日光活性层2,并可对活性层进行 退火处理。此外，为了改善电荷的传输性能，同样可在光活性层上制备界面层(如氧化钢、氧 化铜、氧化钻、氣化裡等），之后再在界面层上制备电极。
[0009] (4)纳米金属电极的制备:将金属纳米线导电墨水通过喷墨打印或涂布等工艺转 移到光活性层或界面电荷传输层上，形成金属电极。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明电池结构图。
[0011] 图2为实施例1两子电池在并联连接模式下的器件性能。
[0012] 图3为实施例2两子电池在串联联连接模式下的器件性能。
【具体实施方式】
[0013] W下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0014] 实施例1
[0015] 根据上述
【发明内容】
，将双面ITO玻璃衬底清洗干净后，在其两面分别旋涂PEDOT: PSS功能层(30(K)r/min，30s，并在120°C条件下处理20min)，然后在其两面上分别旋涂P3HT; PCBM(质量比1:1)和PCPCTBT : PCBM(质量比1:1，）活性层，旋涂条件分别为lOOOr/min，30s和 120化/min, 20s。之后分别对两活性层进行溶剂蒸气退火处理。在活性层干之后，于两活性 的层的表面分别制备纳米银线电极，制备工艺为涂布法。最后，将两子电极采用并联模式连 接。通过IV性能测试发现，双面电池模式的器件效率为6.1%，测试结果由表一和图2所示。
[0016] 实施例2
[0017] 根据上述
【发明内容】
，将双面ITO玻璃衬底清洗干净后在其两面分别旋涂PED0T:PSS 功能层(3000r/min，30s，并在 120°C 条件下处理 20min)和化0 层(3000r/min，30s，并在 200°C 条件下处理60min)，然后在ZnO上旋涂P3HT : PCBM(质量比1:1)，在PEDOT: PSS层上旋涂 PCPCTBT: PCBM(质量比 1:1，）活性层，旋涂条件分别为lOOOr/min，30s和 1200r/min，20s。之 后，分别对两活性层进行溶剂蒸气退火处理。在活性层干之后，在P3HT: PCBM层上真空蒸锻 一层Mo化层，在Mo化层上真空蒸锻Ag电极。而在PCPCTBT : PCBM上涂覆纳米银线电极。最后，将 两子电极采用串联模式连接。通过IV性能测试发现，双面电池模式的器件效率为6.8%，其 测试结果由表一和图3所示。
[001引 表一
[0020] 注:巧聯时太阳光模拟器的功率为lOOmW/cm^
[0021] 其中，光电转换效率采用如下公式计算：
【主权项】
1. 一种双面有机光伏电池，包括:两子电池，分别由光活性层、界面层和电极组成；衬 底，所述子电池分别制备在所述衬底的两面，衬底特征为双面导电透明玻璃。2. 根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于子电池间的连接方式为串联或 者并联。3. 根据权利要求1、2所述双面有机光伏电池，其特征在于子电池的一面或者两面为透 明。4. 根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于光活性层结构是双层异质结或 是体相异质结。5. 根据权利要求1、2和3所述的双面有机光伏电池，其特征在于两光活性层的电子给体 材料具有光学吸收互补性。6. 根据权利要求5所述双面有机光伏电池，其特征在于电子给体材料是共辄聚合物或 是共辄小分子。7. 根据权利要求1和4所述双面有机光伏电池，其特征在于光活性层中电子受体材料是 富勒烯及其衍生物、碳纳米管、二氧化钛、共辄聚合物或亚胺类等电子受体材料。8. 根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于衬底是双面氧化铟锡(ITO)透明 导电玻璃、双面掺氟二氧化锡(FTO)透明导电玻璃、双面掺铝氧化锌(AZO)透明导电玻璃、或 者是双面镀透明薄层金属的玻璃衬底中的一种。9. 根据权利要求8所述双面有机光伏电池，其特征在于双面镀透明薄层金属是银、铁、 钙、镍、钴、金、钼、铅、镁、钼、错、铜中的一种。10. 根据权利要求1和8所述双面有机光伏电池，其特征在于衬底电极的对电极为透明 的金属纳米线。11. 根据权利要求10所述双面有机光伏电池，其特征在于金属纳米线通过喷墨打印或 涂布方式制备。12. 根据权利要求10所述双面有机光伏电池，其特征在于透明金属纳米线为银纳米线、 铜纳米线、镍纳米线中的一种。13. 根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于界面层选择氧化钼、氧化锌、氧 化铜、氧化镍、氧化银、五氧化二钒、氧化钨、氧化镁、氧化钴、氧化铁、氟化锂、磷化铟、聚(3， 4-乙稀二氧噻吩）-聚苯乙稀横酸（PEDOT: PSS)或poly [ (9，9-bis(3-(N，N-dimethylamino) propyl )-2，7_f luorene)-alt_2，7-(9，9-dioctylf luorene)(PFN)等作为电荷传输材料。14. 根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于界面层的制备采用旋凃法、喷 涂法或是真空沉积法制备。15. 根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于光活性层的制备方法可以是旋 凃法、滴凃法、刮涂法、喷墨打印法、喷雾法中的一种。
【文档编号】H01L51/44GK105826475SQ201610363164
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】胡荣, 程江, 闫兴武, 杨鑫, 李璐, 柳红东
【申请人】重庆文理学院