[发明专利]一种无PEDOT的聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无PEDOT聚合物太阳能电池及其制备方法，属于聚合物太阳能电池技术领域。

背景技术

随着近年来能源危机和环境污染的逐渐加剧，对可再生能源的需求愈来愈大。作为一种清洁的可再生能源，太阳能电池的研究和应用在过去的几十年中取得了巨大的发展。聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混膜夹在ITO透明正极和金属负极之间所组成，具有结构和制备工艺简单、重量轻、造价低廉、容易制备大面积柔性器件等优点而受到广泛关注。结构规整的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和可溶性C60衍生物PCBM是最具代表性的给体和受体光伏材料。通过优化设计合成新型的聚合物给体材料和富勒烯衍生物受体材料以及优化活性层中给受体的微相分离结构，使本体异质结聚合物太阳能电池光电转化效率已经超过8％，接近非晶硅电池的水平。在传统的本体异质结聚合物太阳能电池中，由于阳极ITO的功函较低(4.7eV)，不能与大多数共轭聚合物光伏材料的最高占据分子轨道能级(5.0eV左右)匹配，常用PEDOT:PSS做为阳极修饰层以提高阳极的功函，从而增加空穴的收集能力。但是PEDOT:PSS本身具有一定的酸性，长期使用会腐蚀阳极ITO，从而造成阳极界面的不稳定，最终影响太阳能电池的长期稳定性。因此用高功函的中性溶液来制备阳极修饰层越来越引起人们的关注。如图1，聚合物太阳能电池主要包含依次层叠的衬底1，透明导电金属氧化物电极层2，阳极修饰层3，光电活性层4，阴极修饰层(也可以没有)5以及低功函阴极层6等，电池以金属导线8与负载或测试装置7连接，入射光9从衬底1方向射入。

二(乙酰丙酮)氧化钒为蓝至蓝绿色晶体，化学式VO(C₅H₇O₂)₂，其结构如式1所示。分子量265.16，熔点256-259℃，沸点：187.6℃(760mmHg)，闪点：71.9℃，熔化前分解，在苯中是单体。由硫酸钒酰、乙酰丙酮在碳酸钠溶液中反应而得，主要用作催化剂。

(式1)

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物太阳能电池及其制备方法。本发明首次将二(乙酰丙酮)氧化钒用作阳极修饰材料应用于聚合物太阳能电池中。

本发明所提供的聚合物太阳能电池，包括依次层叠的衬底、透明导电金属氧化物电极层、阳极修饰层、光电活性层、阴极修饰层(也可以没有)和低功函阴极层，其中，所述阳极修饰层为二(乙酰丙酮)氧化钒膜。

在本发明中，二(乙酰丙酮)氧化钒膜的优选厚度为

其中，本发明聚合物太阳能电池的衬底可选用玻璃或聚酯薄膜；

透明导电金属氧化物电极层为In、Sn、Zn、Cd的氧化物或其复合多元氧化物；

光电活性层为电子给体和电子受体共混膜，其中所述的电子给体材料选自：聚(对亚苯基亚乙烯)类、聚(亚芳基亚乙烯基)类、聚(对亚苯基)类、聚(亚芳基)类、聚噻吩类、聚喹啉类、卟啉类、酞菁类或者选自由吸电子共轭单元如吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BT)、噻吩并吡咯二酮(TP)与给电子共轭单元如咔唑(Cz)、芴(F)、苯并二噻吩(BDT)、二噻吩并苯(BDP)偶联等组成的共聚物等，电子受体材料选自：富勒烯或其衍生物、苝或其衍生物、萘或其衍生物、醌类或者选自III-V族和II-VI族半导体纳米晶等；

所述阴极修饰层为碱金属的氟化物、碱土金属的氟化物、Ti或Zn的氧化物或其复合多元氧化物；

所述低功函阴极层为Ca、Mg、Cs、Al或其复合电极。

上述聚合物太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)在衬底上制备透明导电金属氧化物电极层，作为聚合物太阳能电池的阳极；

(2)二(乙酰丙酮)氧化钒与溶剂混合形成混合溶液，在透明导电阳极上旋涂上述混合溶液，经烘烤，得到作为阳极修饰层的二(乙酰丙酮)氧化钒膜；

(3)在阳极修饰层上依次制备光电活性层和低功函阴极层，或者在阳极修饰层上依次制备光电活性层、阴极修饰层和低功函阴极层，得到所述聚合物太阳能电池。

在制备过程中，主要利用旋涂的转速来控制二(乙酰丙酮)氧化钒膜的厚度，转速优选1000-5000rpm。

步骤(2)中，混合溶液中二(乙酰丙酮)氧化钒的浓度优选2-10mg/mL。烘烤的温度可为20-250℃，时间可为1分钟到48小时。

步骤(2)中，所述溶剂为异丙醇、异辛醇、乙醇、乙酸乙酯或石油醚中的任意一种或几种。