[发明专利]一种应用风刀涂布制备有机聚合物薄膜太阳能电池的方法

说明书

本发明公开了一种高效率有机聚合物薄膜太阳能电池制备方法，具体涉及一种应用风刀涂布有机聚合物薄膜太阳能电池中活性层薄膜的制备方法。所述方法应用风刀涂布来制备高质量有机聚合物光活性吸收层薄膜。利用压缩气体进入风刀后形成的高强度气流薄膜，均匀涂布光活性吸收层前驱体溶液，同时快速带走溶液中的溶剂成分，从而制备大范围内均一、平整、无缺陷、无孔洞的高质量光活性吸收层薄膜。利用该方法制备的光活性吸收层薄膜可用以组建高效率有机聚合物薄膜太阳能电池。所述制备方法操作简单，可操作性与可控性强，适合大面积有机聚合物薄膜太阳能电池的制备，因此在太阳能电池领域或其它科学领域具有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于薄膜制备技术和光电转化器件技术领域，涉及溶液法制备大面积薄膜及其应用于有机聚合物薄膜太阳能电池中，具体涉及一种应用风刀涂布有机聚合物薄膜太阳能电池中活性层薄膜的制备方法。

背景技术

随着社会的高速发展，人类对能源的需求急遽增加。当前，环境污染和传统化石能源的短缺制约了人类社会的可持续发展。太阳能作为一种资源丰富、噪音小、无污染的可再生清洁能源，受到了全球范围的广泛关注，成为人类社会解决能源和环境问题的重要突破口。其中，太阳能电池是实现太阳能转换的最佳载体之一。

自1986年邓青云博士发明了由铜酞菁和四羧基苝的一种衍生物两种有机染料组成的双层膜作为有机光伏器件中的活性层后，有机光伏技术得到了长足的发展。有机光伏中的半导体材料种类爆发式增长，其给体材料包括小分子材料和聚合物材料，受体材料有富勒烯材料和非富勒烯材料。其中，有机聚合物薄膜太阳能电池由于其成本低、制备工艺简单、重量轻、易于制备成大面积的柔性器件等众多优点，得到了越来越广泛的应用。目前，基于共轭聚合物-富勒烯的有机聚合物薄膜太阳能电池光电转化效率已到达12％。

由于有机薄膜太阳能电池对光活性层的薄膜平整度有严格的要求，常用的大面积薄膜涂布方法例如打印、刮涂、丝网印刷等得到的薄膜粗糙度较大，难以满足有机薄膜太阳能电池中的要求。目前较为成熟的涂布有机薄膜活性层的工艺都是基于旋涂工艺的成膜方法，然而旋涂方法适用于实验室中小面积器件的制备，难以实现在工业生产中大面积器件的制备和应用。因此，开发一种成膜质量高、低成本、可大规模生产、可控性强的工艺对于有机薄膜太阳能电池组件的大规模生产有重大意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于风刀涂布来制备高质量有机聚合物薄膜太阳能电池中活性层的方法，并且将采用该方法制备得到的高质量活性层薄膜应用于高效率有机薄膜太阳能电池中。采用该方法能够快速方便地制备高效率有机聚合物薄膜太阳能电池，提高太阳能电池的面积，适合太阳能电池的大规模工业生产。

本发明首先提供一种有机聚合物薄膜太阳能电池的制备方法，包括使用风刀在电子传输层上涂布光吸收活性层前驱体溶液制备光吸收活性层薄膜。

上述的制备方法中，所述光吸收活性层前驱体溶液由给体材料和受体材料在溶剂中混合制备。

优选地，所述给体材料包括但不限于共轭聚合物材料，例如可为MEH-PPV，PHT，F-PCPDTBT，PFBY-Th₄，PDPP3T，PBDTTT-C-T，PTB7-Th等中的一种或多种，优选为PTB7-Th。

优选地，所述受体材料包括但不限于富勒烯衍生物，例如为PC₇₁BM。

所述溶剂可以为氯苯、氯仿、甲苯中的一种或多种，优选为氯苯。

优选地，所述给体材料(如PTB7-Th)与受体材料(如PC₇₁BM)的质量比为1：1.2～1.8，优选为1：1.5。

作为实例，所述给体材料(如PTB7-Th)在溶液体系中的浓度为8～12mg/mL，优选为10mg/mL。

优选地，风刀的输入气流压力为0.1MPa～2MPa，优选为0.6MPa。