[发明专利]一种双活性层聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物太阳能电池的制备方法，具体涉及一种基于双光活性层的聚合物太阳能电池制备方法。

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也越来越大。聚合物太阳能电池由于具有制备工艺简单、重量轻、造价低廉、可制备大面积柔性器件等优点而得到广泛的关注。在聚合物太阳能电池中，光活性层采用本体异质结结构，给受体材料在纳米尺寸水平上共混形成互穿网络体系，大大增加了给受体之间的界面面积，提高了太阳能电池的能量转换效率，是太阳能电池中的主流结构。在聚合物太阳能电池中，常用的典型给体材料包括对苯撑乙烯衍生物（如聚(2-甲氧基-5-(3,7-二甲基辛氧基)-1,4-对苯撑乙烯)(MDMO-PPV)）和聚噻吩（如聚(3-己基噻吩)(P3HT)）；典型的受体材料为可溶性C60衍生物（如[6,6]-C₆₁-苯基丁酸甲酯(PCBM)）。

有两种方法可提高本体异质结太阳能电池性能，第一是设计合成窄带隙聚合物，其可充分吸收太阳光，提高光生电荷的产生效率，如给受体共轭聚合物（Macromolecules.2006,39,4317）、支链共轭聚噻吩（J.Am.Chem.Soc.2006,128,4911）、噻吩与芴的共聚物（J.Am.Chem.Soc.2006,128,8980）等；第二是提高光生电荷分离后空穴在聚合物相的迁移率，如P3HT的空穴迁移率为0.05—0.1cm²/Vs（Appl.Phys.Lett.1996,69,4108），而MDMO-PPV的空穴迁移率仅约为10^-4cm²/Vs（Science1998,280,1741）。基于P3HT的太阳能器件经过后退火处理后，P3HT在光活性层中形成微晶层状堆叠，提高空穴传输效率，电池能量转换效率可达5％（Adv.Funct.Mater.2005,15,1617）。

但是，MDMO-PPV和P3HT分别是无定形的和半结晶的聚合物，固态薄膜中存在大量的缺陷，空穴迁移率有待提高。PBTTT是一类新的聚噻吩衍生物（Nat.Mater.2006,5,328），在固态薄膜中分子间具有较强的π—π作用，分子链紧密堆积，增加了有序性和结晶度，其空穴迁移率达到0.2-0.6cm²/Vs，高于P3HT的空穴迁移率，接近非晶硅的空穴迁移率。在本发明中，应用PBTTT作为光活性层的给体材料，并制备了双光活性层的太阳能电池。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种双光活性层聚合物太阳能电池的制备方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明公开了一种双活性层聚合物太阳能电池，从下到上依次包括依次连接的：玻璃衬底、阳极层、阳极修饰层、光活性层、阴极修饰层和阴极层，光活性层为两层，第一层为PBTTT:PCBM，第二层为MDMO-PPV:[70]PCBM。

优选的，第一光活性层PBTTT:PCBM的质量比为1:2；第二光活性层MDMO-PPV:[70]PCBM的质量比为1:4。

优选的，第一光活性层的厚度为60nm，第二光活性层的厚度为90nm。

优选的，所述衬底为玻璃；所述阳极层为锡铟氧化物；所述阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸纳；所述阴极修饰层为氧化钛；所述阴极为铝。

本发明还提供了一种双活性层聚合物太阳能电池的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：在玻璃衬底上制备阳极修饰层；

步骤2：在阳极修饰层上旋涂聚PBTTT:PCBM溶液，得到第一光活性层；

步骤3：在第一光活性层上旋涂聚MDMO-PPV:[70]PCBM溶液，得到第二光活性层；

步骤4：在第二光活性层上旋涂氧化钛溶液，得到阴极修饰层；

步骤5：在阴极修饰层上制备阴极层，得到聚合物太阳能电池。

优选的，在玻璃衬底上旋涂30nm厚的PEDOT:PSS作为阳极修饰层。

优选的，所述PBTTT:PCBM溶液的溶剂为1,2-二氯苯，溶液温度为70℃，转速为3000转/分钟，成膜后于85℃热退火1小时，自然冷却至室温。

优选的，所述MDMO-PPV:[70]PCBM溶液的溶剂为氯苯，转速为3000转/分钟，成膜后于80℃热退火30分钟，自然冷却至室温。

优选的，所述氧化钛溶液的溶剂为乙醇，旋涂转速为6000转/分钟，成膜后于80℃热退火20分钟，自然冷却至室温。