專利名稱：制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法及制備其薄膜的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)光伏技術(shù)領(lǐng)域有機(jī)太陽(yáng)能電池的構(gòu)造與制備，具體涉及一種有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法及制備其薄膜的裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是一種取之不盡用之不竭的綠色能源，但是如何將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量并存儲(chǔ)起來(lái)成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。太陽(yáng)能電池是一種將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，目前太陽(yáng)能電池主要可以分為無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池兩大種類。無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率高，但其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，材料價(jià)格昂貴難以大面積推廣使用。有機(jī)太陽(yáng)能電池具備制備工藝簡(jiǎn)單、合成較容易，材料價(jià)格低廉、制備過(guò)程中無(wú)污染、可制備于柔性襯底等諸多優(yōu)點(diǎn)，從而成為關(guān)注重點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。近年來(lái)隨著研究不斷深入，其能量轉(zhuǎn)化效率快速提升，目前報(bào)道的聚合物太陽(yáng)能電池最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò)9%。有機(jī)太陽(yáng)能電池是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，它在光伏市場(chǎng)上將扮演越來(lái)越重要的角色，并最終成為市場(chǎng)的主導(dǎo)。在有機(jī)太陽(yáng)能電池中有源層吸收光子轉(zhuǎn)化為激子，激子的擴(kuò)散距離大概只有IOnm 左右，而有源層的厚度又決定著其對(duì)太陽(yáng)光的吸收能力，因此必須制備出致密的超薄有源層，在增大吸收的同時(shí)又不至于使激子大量猝滅。由旋涂、蒸鍍、噴墨等方法制備出的薄膜都不夠致密，需要經(jīng)過(guò)后期處理來(lái)提高致密度，并且這些方法都嚴(yán)重浪費(fèi)材料。以旋涂法為例，制備過(guò)程中有超過(guò)2/3都將被甩離ITO玻璃襯底，最終留下的不到原溶液的1/3。浸漬涂覆法制備過(guò)程中，需要大量的有機(jī)溶液才能使ITO玻璃襯底完全浸入其中，造成了原料的極大浪費(fèi)；而且此方法將ITO玻璃襯底的雙面都制備了有機(jī)薄膜，這不僅浪費(fèi)了原料，也會(huì)導(dǎo)致使用時(shí)難以識(shí)別有效面，而且在實(shí)際應(yīng)用時(shí)無(wú)效面的薄膜還會(huì)影響ITO襯底的透光性，對(duì)器件的性能造成了極大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，有機(jī)薄膜制備過(guò)程中有機(jī)材料浪費(fèi)嚴(yán)重、所制薄膜致密性差的問(wèn)題。提供一種制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法及制備其薄膜的裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案一種制備電池薄膜的裝置，該裝置包括襯底支架、馬達(dá)、溶液池、牽引繩、牽引輪。牽引輪固定在馬達(dá)軸上，牽引繩的一端固定并繞在牽引輪上，牽引繩的另一端與襯底支架連接；襯底支架置于溶液池的上方。一種制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法，該制備方法包括步驟一將清洗干凈的ITO玻璃襯底用氮?dú)獯蹈?，并紫外臭氧處理IOmin ；步驟二制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜；步驟三蒸鍍Al電極后，置于120°C的加熱臺(tái)上，退火處理lOmin，制得有機(jī)太陽(yáng)能電池；
所述的步驟二中，制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的方法包括步驟一把濃度分別為2 15mg/ml的聚三己基噻酚富勒烯衍生物或2_甲氧基-5-(2’_乙基己氧基)-1，4_對(duì)苯乙炔富勒烯衍生物的氯仿溶液，按配比為0.5 1 1 0.5制成的有機(jī)溶液倒入溶液池中；步驟二將清洗干凈的ITO玻璃襯底固定在水平放置的襯底支架上，且使ITO面朝下；步驟三啟動(dòng)馬達(dá)，使ITO玻璃襯底沿豎直方向以速率1 3mm/s勻速接近有機(jī)溶液，直到ITO面浸入溶液池的溶液中；步驟四保持靜止浸泡狀態(tài)10 30秒，再通過(guò)馬達(dá)帶動(dòng)襯底支架使ITO玻璃襯底沿豎直方向以1 2mm/s速度離開溶液表面；步驟五當(dāng)ITO玻璃襯底完全從溶液中脫離后，將ITO玻璃襯底從水平方向放置調(diào)整為豎直方向放置，保持靜止7 lOmin，使溶劑自然蒸發(fā)，得到有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用了豎直浸入的方式制備有機(jī)薄膜。其中清洗干凈的ITO玻璃襯底平面與其運(yùn)動(dòng)方向互相垂直。這樣，溶液池中只需極少量的有機(jī)溶液即可完成與ITO玻璃襯底的大面積接觸，制備效率大大提高，同時(shí)節(jié)約了原料溶液，避免了資源的浪費(fèi)。在馬達(dá)帶動(dòng)襯底支架的控制下，ITO玻璃襯底可與有機(jī)溶液充分而均勻地接觸，提高了所制備有機(jī)薄膜的穩(wěn)定性。發(fā)明所述的方式制備有機(jī)薄膜，比傳統(tǒng)的制備工藝節(jié)約了大量原料，綠色低碳， 大大提高了制備效率，操作簡(jiǎn)便易行，可用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的裝置。圖中ITO玻璃襯底1、襯底支架2、馬達(dá)3、溶液池4、牽引繩5、牽引輪6。圖2.在不同聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度下制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池在光照下獲得的電流密度-電壓曲線。圖中聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度分別為ang/ml，配比為1 1 (實(shí)心正方形曲線)；聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度分別為5mg/ml配比為1 1(實(shí)心五角星曲線)；聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度分別為10mg/ml配比為1 1(實(shí)心菱形曲線)；聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度分別為ang/ml配比為1 1(實(shí)心三角形曲線)。
具體實(shí)施例方式制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的裝置，該裝置包括襯底支架2、馬達(dá)3、溶液池4、牽引繩5、牽引輪6。牽引輪6固定在馬達(dá)3軸上，牽引繩5的一端固定并繞在牽引輪6上，牽引繩5的另一端與襯底支架2連接；襯底支架2置于溶液池4的上方?！N制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法之一，該制備方法包括步驟一將ITO玻璃襯底1依次浸泡于丙酮、乙醇、去離子水溶液中，用超聲波清洗儀清洗。清洗干凈后用氮?dú)獯蹈?，將干燥的ITO玻璃襯底表面用紫外臭氧(氧等離子體) 處理IOmin ；CN 102544381 A步驟二在步驟一處理后的ITO玻璃襯底1上，制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜；步驟三將制得有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的ITO玻璃襯底1放置在真空腔中的襯底支架的凹槽中，并將Al放置在真空腔中的蒸發(fā)源中；對(duì)真空腔抽真空，使真空度達(dá)到10_5帕；使ITO玻璃襯底1旋轉(zhuǎn)速率為0. 25轉(zhuǎn)/秒；加熱蒸發(fā)源，控制蒸發(fā)速率為0.2納米/秒，制得厚度為100納米的Al電極；蒸鍍Al電極后，將器件置于120°C的加熱臺(tái)上，退火處理lOmin，制得有機(jī)太陽(yáng)能電池。所述的步驟二中，制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的方法包括步驟一把濃度分別為ang/ml的聚三己基噻酚富勒烯衍生物(P3HT PCBM)的氯仿溶液，按質(zhì)量配比為0. 5 1均勻混合制成的有機(jī)溶液倒入溶液池4中；步驟二將清洗干凈的ITO玻璃襯底1固定在水平放置的襯底支架2上，且使ITO 面朝下；步驟三啟動(dòng)馬達(dá)3，使ITO玻璃襯底1沿豎直方向以速率lmm/s勻速接近有機(jī)溶液，直到ITO面浸入溶液池4的溶液中；步驟四保持靜止浸泡狀態(tài)10秒，再通過(guò)馬達(dá)3帶動(dòng)襯底支架2使ITO玻璃襯底1 沿豎直方向以lmm/s速度離開溶液表面；步驟五當(dāng)ITO玻璃襯底1完全從溶液中脫離后，將ITO玻璃襯底1從水平方向放置調(diào)整為豎直方向放置，保持靜止7min，使溶劑自然蒸發(fā)，得到有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜，厚度為 200nm。一種制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法之二，該制備方法包括步驟一將ITO玻璃襯底1依次浸泡于丙酮、乙醇、去離子水溶液中，用超聲波清洗儀清洗。清洗干凈后用氮?dú)獯蹈?，將干燥的ITO玻璃襯底表面用紫外臭氧(氧等離子體) 處理IOmin ；步驟二在步驟一處理后的ITO玻璃襯底1上，制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜；步驟三將制得有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的ITO玻璃襯底1放置在真空腔中的襯底支架的凹槽中，并將Al放置在真空腔中的蒸發(fā)源中；對(duì)真空腔抽真空，使真空度達(dá)到10_5帕；使ITO玻璃襯底1旋轉(zhuǎn)速率為0. 25轉(zhuǎn)/秒；加熱蒸發(fā)源，控制蒸發(fā)速率為0.2納米/秒，制得厚度為100納米的Al電極；蒸鍍Al電極后，將器件置于120°C的加熱臺(tái)上，退火處理lOmin，制得有機(jī)太陽(yáng)能電池。所述的步驟二中，制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的方法包括步驟一把濃度分別為15mg/ml的2_甲氧基-5-2’-乙基己氧基-1，4_對(duì)苯乙炔 富勒烯衍生物(MEH-PPV PCBM)的氯仿溶液，按質(zhì)量配比為1 0.5均勻混合制成的有機(jī)溶液倒入溶液池4中；步驟二將清洗干凈的ITO玻璃襯底1固定在水平放置的襯底支架2上，且使ITO 面朝下；步驟三啟動(dòng)馬達(dá)3，使ITO玻璃襯底1沿豎直方向以速率3mm/s勻速接近有機(jī)溶液，直到ITO面浸入溶液池4的溶液中；步驟四保持靜止浸泡狀態(tài)30秒，再通過(guò)馬達(dá)3帶動(dòng)襯底支架2使ITO玻璃襯底1 沿豎直方向以2mm/s速度離開溶液表面；步驟五當(dāng)ITO玻璃襯底1完全從溶液中脫離后，將ITO玻璃襯底1從水平方向放置調(diào)整為豎直方向放置，保持靜止lOmin，使溶劑自然蒸發(fā)，得到有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜，厚度為 150nmo圖2為在四種不同的聚三己基噻酚、富勒烯衍生物氯仿溶液的濃度條件下制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池，在光照下獲得的電流密度-電壓曲線。采用本專利所敘述的方法制備的 4種有機(jī)太陽(yáng)能電池都顯示了一定的光伏特性。當(dāng)外加電壓為零時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生1. 5 4mA/cm2不等的電流；當(dāng)回路中電流為零時(shí)，開路電壓均為0. 6V。
權(quán)利要求
1.一種制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的裝置，其特征是，該裝置包括襯底支架O)、馬達(dá) (3)、溶液池(4)、牽引繩(5)、牽引輪(6)；牽引輪(6)固定在馬達(dá)(3)軸上，牽引繩(5)的一端固定并繞在牽引輪(6)上，牽引繩 (5)的另一端與襯底支架(2)連接；襯底支架( 置于溶液池的上方。
2.一種制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法，該制備方法包括步驟一將清洗干凈的ITO玻璃襯底用氮?dú)獯蹈桑⒆贤獬粞跆幚鞩Omin ； 步驟二制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜；步驟三蒸鍍Al電極，之后，置于120°C的加熱臺(tái)上，退火處理lOmin，制得有機(jī)太陽(yáng)能電池；其特征是，所述的步驟二中，制備有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜的方法包括 步驟一把濃度分別為2 15mg/ml的聚三己基噻酚富勒烯衍生物或2-甲氧基-5-(2’_乙基己氧基)-1，4_對(duì)苯乙炔富勒烯衍生物的氯仿溶液，按配比為0.5 1 1 0.5制成的有機(jī)溶液倒入溶液池中；步驟二將清洗干凈的ITO玻璃襯底(1)固定在水平放置的襯底支架( 上，且使ITO 面朝下；步驟三啟動(dòng)馬達(dá)( ，使ITO玻璃襯底(1)沿豎直方向以速率1 3mm/s勻速接近有機(jī)溶液，直到ITO面浸入溶液池(4)的溶液中；步驟四保持靜止浸泡狀態(tài)10 30秒，再通過(guò)馬達(dá)C3)帶動(dòng)襯底支架( 使ITO玻璃襯底(1)沿豎直方向以1 2mm/s速度離開溶液表面；步驟五當(dāng)ITO玻璃襯底(1)完全從溶液中脫離后，將ITO玻璃襯底(1)從水平方向放置調(diào)整為豎直方向放置，保持靜止7 lOmin，使溶劑自然蒸發(fā)，得到有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜。
全文摘要
制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法及制備其薄膜的裝置，屬于有機(jī)光伏技術(shù)領(lǐng)域。解決了制備過(guò)程中有機(jī)材料浪費(fèi)嚴(yán)重、所制薄膜致密性差的問(wèn)題。制備薄膜的方法包括把濃度分別為2～15mg/ml的聚三己基噻酚∶富勒烯衍生物或2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-對(duì)苯乙炔∶富勒烯衍生物的氯仿溶液，倒入溶液池(4)中；使ITO玻璃襯底(1)沿豎直方向以速率1～3mm/s勻速接近有機(jī)溶液，直至浸入溶液中；浸泡10～30秒，再沿豎直方向以1～2mm/s速度離開溶液表面，將ITO玻璃襯底(1)從水平方向放置調(diào)整為豎直方向放置7～10min，得到有機(jī)太陽(yáng)能電池薄膜。比傳統(tǒng)的制備工藝節(jié)約了大量原料，綠色低碳，大大提高了制備效率，操作簡(jiǎn)便易行，可用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L51/44GK102544381SQ201210006158
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者張?？? 曙光, 李凌亮, 楊雪蓮, 管昌榮, 辛宇圣 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)