[发明专利]一种包括电子传输层和空穴传输层的太阳能电池的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池的制造方法。

背景技术

随着全球能源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日渐枯竭，人们对风能、太阳能等可再生资源投入了更多的关注和研究，其中基于光伏效应的太阳能电池是其中的热点之一。

目前，市场上成熟的太阳电池主要为基于单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、磷化铟以及多晶膜化合物半导体等无机太阳能电池，其中，多晶硅和非晶硅太阳能电池在民用太阳能电池市场上占主导地位。经过五十余年的发展，无机单晶硅太阳电池的光电转换效率已经由发明之初的6％，提高到目前的最高效率可达30％以上，但是由于无机半导体太阳电池对材料纯度的要求非常高，且价格昂贵，因此其应用受到很大限制。

1986年，美国柯达公司首次在同一器件中引入给体和受体材料，形成异质结电池转换效率达到1％，标志着有机半导体制备的光伏器件取得突破。1992年Sariciftci等在对MEH-PPV/C₆₀复合体系的研究中发现二者在基态没有相互作用，但是C₆₀对MEH-PPV的荧光却有很强的猝灭作用，并提出体系中存在光诱导电子转移过。人们对不同的复合体系进行深入研究，证明了光诱导电子转移的存在。这一过程在几个皮秒内完成，可以有效地阻止光激发产生的电子和空穴再发生复合。光诱导电荷快速能量转移现象的发现是聚合物太阳电池理论方面的重大突破，为聚合物太阳电池效率的提高提供了理论支持。

1995年俞钢等人通过将电子给体材料与受体材料共混，制得共轭聚合物MEH-PPV和碳60互穿网络结构的太阳电池，其能量转换效率达到2.9％。在这种体系中，电子给体材料与受体材料形成双连续的互穿网络状结构，这种结构大大增大了二者界面面积，使异质结更加分散，这种将异质结结构分散到整个活性层的结构，实际上将整个活性层变为一个大的本体异质结，从而在活性层中的任何位置均可产生电荷。只要各相材料形成从二者界面到各自电极的连续通道，那么，由光子到电子的转换效率可以得到很大的提高。这就是人们常说的太阳能电池。

体异质结概念产生克服了单层、双层/多层器件的结构缺陷。由于电子给体与电子受体各自形成网络状连续相，光诱导所产生的电子与空穴分别在各自的相中输运并在相应的电极上被收集，光生载流子在到达相应的电极前被重新复合的几率大大降低，从而提高了光电流。这样，体异质结结构就能大幅度的提高光电能量转换效率。如今，体异质结概念已广泛用于基于聚合物的太阳电池，能量转换效率已能达到5％以上，其具有诱人的发展方向。

但是，目前有机太阳电池的开路电压一般只能达到0.60~0.80eV左右，距离商业化还有一段较大的距离。因此，如何获得高效率更高，性能更稳定的有机太阳能电池，实现其商业化生产，应用于目前无机太阳电池所应用的所有领域，是本领域技术人员面临的很大挑战。

发明内容

本发明公开了一种包括电子传输层和空穴传输层的太阳能电池的制造方法，该太阳能电池具有较高的开路电压和器件性能。

本发明的包括电子传输层和空穴传输层的太阳能电池制造方法包括如下步骤：依次制备衬底、阳极、空穴传输层、活性层和阴极，该空穴传输层为PEDOT:PSS；

该方法还包括在活性层与阴极之间制备电子传输层，电子传输层为具有通式（I）结构的聚合物，其聚合度n为1～300的任意整数，该聚合物的制造方法包括如下步骤：

第一、由化合物1脱羧硝化得化合物2，再还原成化合物3，然后再重氮化，与乙基黄原酸钾反应生成化合物4； 

第二、将芳香胺5重氮化，再与碘化钠反应合成芳香碘代产物6； 

第三、先将化合物4还原成苯硫酚7，然后与芳香氯代化合物8或芳香碘代化合物6溶在碱性催化剂作用下得到通式I化合物；

其中，A选自结构式II所示的4-硝基取代的取代苯基、结构式III所示的4-烷氧基取代的取代苯基、结构式IV所示的取代杂环或结构式V所示的取代杂环；