[发明专利]一种聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

1982年，Weinberger等研究了聚乙炔的光伏性质，制造出了第一个具有真正意义上的太阳能电池，但是其光电转换效率极低（10^-3%）。紧接着，Glenis等制作了各种聚噻吩的太阳能电池，也面临电池的开路电压极低和光电转换效率低的问题。直到1986年，C.W.Tang等首次将p型半导体和n型半导体引入双层结构的器件中，使光电流得到极大程度的提高，以此为里程碑，有机聚合物太阳能电池蓬勃发展起来。

双层结构的聚合物太阳能电池包括正、负电极及其间具有光活性的薄层，即活性层，活性层一般具有由给体（D）和受体（A）组成的体异质结结构，受体材料主要有CdSe、n-聚合物和C₆₀及其衍生物PCBM等，PCBM型太阳能电池的正负极分别可为铟锡氧化物（ITO）和具有较低功函数的金属，活性层一般由共轭聚合物与PCBM混合得到，当光透过透明的ITO照射到共轭聚合物分子上时，光子能量大于聚合物带隙时将激发出激子，激子向D/A界面移动，由于D/A能级差别大于激子结合能，导致激子在界面上分离，电子通过PCBM传递到负极，空穴通过聚合物传递到正极ITO从而产生光电流和光电压。

目前常通过改变活性层材料的结构来增强其对太阳光的吸收率，从而提高能量转换效率，但该方法存在研发成本高，时间长的缺点。而太阳光照射到活性层上时能够被吸收利用的部分所占比例低，大部分穿过电池而得不到利用，因而通过改进电池的组成或结构，提高太阳能电池对太阳光的利用率也是提高能量转换效率的一个重要途径，目前相关的技术较少。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种聚合物太阳能电池。所述聚合物太阳能电池的活性层与电子缓冲层之间包含材质为富勒烯及其衍生物和金属氧化物二氧化钛的反射层，该反射层中的富勒烯晶体及具有三维网状结构的二氧化钛，可以对穿过活性层的太阳光进行散射和反射，使之回到活性层再次被吸收利用，提高太阳光的吸收利用率及电池的光电转换效率。

本发明还提供上述聚合物太阳能电池的制备方法。

本发明提供一种聚合物太阳能电池，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、反射层、电子缓冲层和阴极，所述反射层的材质包括富勒烯或其衍生物和二氧化钛，所述富勒烯或其衍生物为C₆₀、（6,6）-苯基-C61-丁酸甲酯（PC₆₁BM）、C₇₀或6,6-苯基-C71-丁酸甲酯（PC₇₁BM）。

优选地，所述二氧化钛的粒径为20~200nm。

优选地，所述二氧化钛的质量为富勒烯或其衍生物质量的5~15%。

优选地，所述反射层的厚度为5~40nm。

所述的活性层的材质为MDMO-PPV与PC₆₁BM的混合物，或MEH-PPV与PC₆₁BM的混合物。MDMO-PPV为聚[2-甲氧基，5-(3’，7’二甲氧基-辛氧基)]-对苯乙炔，MEH-PPV为聚(2-甲氧基,5-(2-乙基-乙氧基)-对苯乙炔)，均是本领域常用的电子给体材料，PC₆₁BM为（6,6）-苯基-C61-丁酸甲酯，分子式为C₇₂H₁₄O₂，为C₆₀的衍生物，是常用的电子传输材料。本发明活性层采用与反射层相似的富勒烯或其衍生物作为主要活性材料，使两个结构层之间不存在能量势垒，促进电子传输。

优选地，所述MDMO-PPV：PC₆₁BM的重量比为1:1~1:4。更优选地，所述MDMO-PPV：PC₆₁BM的重量比为1:3。

优选地，所述MEH-PPV：PC₆₁BM的重量比1:1~1:4。更优选地，所述MEH-PPV：PC₆₁BM的重量比为1:3。

优选地，所述活性层的厚度为80~300nm。更优选地，所述活性层的厚度为200nm。

优选地，所述电子缓冲层的材质为氟化锂（LiF）、碳酸锂（Li₂CO₃）或碳酸铯（Cs₂CO₃）。更优选地，所述电子缓冲层的材质为Cs₂CO₃。