[发明专利]一种无需真空过程制备有机聚合物太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机聚合物太阳能电池制备技术领域，具体涉及采用氧化锌 (ZnO)，氧化钛(TiO₂)等修饰的氧化铟氧化锡(ITO)或掺杂氟的二氧化锡(FTO) 电极做电池阴极，通过引入两亲性自组装分子修饰疏水聚合物表面，使有机聚合 物太阳能电池活性层表面可附着水溶性的导电聚合物(做阳极)，从而实现全溶 液法、无需真空过程制备有机聚合物太阳能电池的方法。

背景技术

近年来，有机聚合物太阳能电池以其价格低廉、制备工艺简单、可制备大面 积柔性器件等优点，成为可再生能源领域研究的热点。1986年C.W.Tang首次 报道了以酞青铜为给体层，以苝衍生物为受体层的双层有机太阳能电池，其能量 转换效率达到1％。在双层有机太阳能电池中，虽然电子和空穴可以在各自的主 体层中有效传输，但激子分离只发生在有限的给受体界面，因此太阳能转换效率 相对较低。1995年俞钢等人把作为电子给体的共轭聚合物聚(2-甲氧基-5-(2′-乙 基己氧基)-1，4-对苯乙炔)(MEH-PPV)和作为电子受体的碳六十(C₆₀)共溶于 同一个溶剂中，通过旋涂方法，制备了给体和受体相互混合并形成互穿网络结构 的共混膜，进而制备所谓体异质结结构的有机聚合物太阳能电池。这种体异质结 结构大幅度增加了给受体的界面，有效地实现了激子分离并产生自由载流子，有 效地提高了太阳能电池的能量转换效率。

近年来，随着对有机聚合物太阳能电池材料和器件结构的不断探索，有机聚 合物太阳能电池的效率已经达到5％到6％。但目前报道的高性能太阳能电池器 件，大都采用真空蒸镀金属的方法来制备电极，而高真空蒸镀过程具有时间长、 高成本、高耗能、不利于大面积制备等缺点，极大地削弱了有机太阳能电池大面 积、低成本、快速、大规模生产等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种全溶液、无需真空蒸镀过程的制备新型有机聚合物 太阳能电池的方法。即采用以ZnO，TiO₂等修饰的ITO(或FTO)基底作为电 池阴极，在活性层和聚合物电极之间引入一层两亲性自组装分子修饰疏水性聚合 物活性层，使活性层表面由疏水变成亲水，使具有高导电率的水溶性聚合物电极 材料的溶液可以在疏水的活性层表面形成高质量的聚合物电极薄膜作为电池阳 极，来制备有机聚合物太阳能电池的方法。

该方法实现了无需真空蒸镀过程的有机聚合物太阳能电池的制备，克服了传 统电池真空蒸镀制备过程中出现的工艺复杂、制备时间长、高成本、高耗能、不 利于大面积制备等缺点，在简化器件制备工艺，提高器件制备效率，降低器件制 备成本的同时，为有机聚合物太阳能电池的工业化生产提供一个简便有效的方 法。目前，采用引入两亲性分子修饰活性层进而制备高电导率的聚合物电极的太 阳能电池的方法尚未见报道。

本方法制备的太阳能电池结构为：ITO/ZnO(或TiO₂)薄膜/活性层 /PAH-D:PSS/PEDOT:PSS(P VP Al 4083)/PEDOT:PSS(PH500)。在 AM1.5的标准模拟太阳光照射下，太阳能电池的光电转换效率可以达到传统方 法制备的体异质结太阳能电池效率的80％，同时极大地降低了器件制备时间及 制备成本。因而采用该方法制备的有机聚合物太阳能电池，避免了传统太阳能电 池制备中的真空过程所带来的成本高、设备依赖性强、工艺复杂、难以大面积制 备等缺点，有效地简化了器件制备工艺，降低了成本，为快速、低成本、大面积 工业化生产提供了一种可行途径。