一種基于溶劑摻雜的聚合物太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)聚合物太陽能電池領(lǐng)域，涉及以聚合物和富勒烯衍生物混合體系 為基礎(chǔ)的有機(jī)太陽能電池器件的制備，具體涉及一種基于溶劑摻雜的聚合物太陽能電池； 溶劑添加劑的使用對提高電池性能是一種低成本，簡潔有效的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去40年中有機(jī)太陽能電池的研究已經(jīng)得到一些成果。尤其是在近十年中，關(guān) 于有機(jī)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的快速增加引起了科學(xué)領(lǐng)域和光伏產(chǎn)業(yè)的注意。雖然有機(jī)薄膜 電池的效率與無機(jī)太陽能電池的水平差距還有點(diǎn)大，但是該器件廉價的生產(chǎn)（例如，使用 卷對卷工藝）吸引我們一直對其進(jìn)行研究?；谀茉葱枨笠恢痹诓粩嗟脑黾?，太陽能作為 一種清潔能源受到很大的重視。按所用半導(dǎo)體材料的形態(tài)，太陽能電池主要有兩大類：晶體 硅太陽能電池和薄膜太陽能電池；就目前產(chǎn)業(yè)來看是以硅太陽能電池為主，晶體硅太陽能 電池又分為：單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池；但是它們制作工藝復(fù)雜，而且成本 偏高，不適合大面積應(yīng)用。薄膜太陽能電池包括多晶硅薄膜太陽能能電池，非晶硅薄膜太陽 能電池，化合物薄膜太陽能電池（砷化鎵，砷化鎵硒，碲化鎘，銅鋅錫硫等），染料敏化太陽 能電池，聚合物太陽能電池等。太陽能電池的大面積應(yīng)用是必要的趨勢，在眾多太陽能電池 中聚合物太陽能電池是非常具有潛力的一種；聚合物太陽能電池是通過聚合物有機(jī)分子吸 收光子實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的器件，有機(jī)太陽能電池的實(shí)驗(yàn)原理和無機(jī)太陽能電池的實(shí)驗(yàn)原理類 似，都是基于光生伏特效應(yīng)；主要過程是，在光照情況下，有機(jī)半導(dǎo)體分子吸收光子，然后形 成電子-空穴對，然后電子-空穴對在活性層接觸面分解為自由電子和空穴，自由電子和空 穴被電極收集，形成電流；其實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1所示。
[0003] 雖然說在過去十年有機(jī)太陽能電池的效率在不斷提高，但是依然有一些限制因素 使其器件效率受到束縛，比如光的吸收效率低，以及較低的載流子迀移率等。在致力于提高 有機(jī)太陽能電池的研究方向中，提升有機(jī)太陽能電池的途徑有很多，比如改善電池結(jié)構(gòu)，合 成新型窄帶隙聚合物給體材料，增加或者改良修飾層，以及改良制備工藝等。而向有源層添 加微量的添加劑是一種方便簡潔的方法，因?yàn)樵谥谱髌骷^程中無需增添步驟，所以也吸 引著很多科學(xué)家對此進(jìn)行研究。目前，現(xiàn)有文獻(xiàn)中公開有提到添加1，8-二碘辛烷（DI0)，尤 其是在PTB7 :PC71BM體系中，使用（DI0)可以改善PTB7與PC71BM兩個材料的溶解與混合，優(yōu) 化有源層界面，從而提高電池效率。決定有機(jī)太陽能電池器件效率的三個主要參數(shù)是短路 電流（Jsc)，開路電壓（Voc)，填充因子（FF);轉(zhuǎn)換效率PCEzVacXLXFF/Pin，加入適當(dāng)添 加劑會提高FF和Jsc，從而使效率提升。但是現(xiàn)有的添加劑種類較少，對器件改良也不夠； 本發(fā)明就是通過引進(jìn)新型溶劑添加劑，使聚合物太陽能電池的短路電流密度，開路電壓，填 充因子都有所提高，從而使電池效率得到了提升。添加助劑操作簡便，無需增加其他能耗， 對于光電轉(zhuǎn)換效率的提升極具潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于溶劑摻雜的聚合物太陽能電池，通過在聚合物太 陽能電池活性層混合溶液中添加溶劑添加劑，有效提高聚合物太陽能電池的性能。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于溶劑摻雜的聚合物太陽能電池，由陽極電極，空穴傳輸層，活性層，電子 傳輸層，陰極從下往上依次重疊構(gòu)成，其中，所述活性層混合材料溶液中添加有溶劑添加 劑，所述溶劑添加劑為1-氯-4-戊基苯（分子式為C nH15Cl)或者1-溴-4-戊基苯（分子 式為CnH15Br);溶劑添加劑的添加量為：1_氯-4-戊基苯與溶劑比例為5:95,1-溴-4-戊 基苯與溶劑比例為1:99。
[0007] 本發(fā)明中，所述活性層由混合材料溶液涂覆于空穴傳輸層上制備得到，所述混合 材料溶液中給體材料為聚（3-己基）噻吩（P3HT)、受體材料為富勒烯衍生物（PCBM)，采用 的溶劑為鄰二氯苯。
[0008] 所述溶劑添加劑1-氯-4-戊基苯或1-溴-4-戊基苯，其特征在于結(jié)構(gòu)通式如下 (R = Cl, Br)：
[0009]
[0010] 所述活性層的厚度為180-200nm。
[0011] 本發(fā)明提供基于溶劑摻雜的聚合物太陽能電池的制備方法：包括以下步驟：
[0012] 步驟1.配置活性層混合材料溶液：
[0013] a.配制混合溶劑：
[0014] 混合溶劑為鄰二氯苯中添加1-氯-4-戊基苯，鄰二氯苯與1-氯-4-戊基苯的比 例（體積比）為95:5 ;
[0015] 或者，混合溶劑為鄰二氯苯中添加1-溴-4-戊基苯，鄰二氯苯與1-溴-4-戊基苯 的比例（體積比）為99:1 ;
[0016] b.將P3HT和PCBM以1:1的比例混合溶于混合溶劑中，得到混合材料溶液的溶液 濃度為40mg/ml ;
[0017] c.將混合材料溶液攪拌加熱48小時，即得活性層混合材料溶液；
[0018] 步驟2.以IT0 (氧化銦錫）玻璃片作為陽極，將IT0清洗、干燥后待用；
[0019] 步驟3.將干燥好的IT0玻璃片進(jìn)行臭氧等離子處理；
[0020] 步驟4.旋涂空穴傳輸層，以聚（3, 4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PED0T : PSS)為空穴傳輸層材料，旋涂后干燥；
[0021] 步驟5.將制備好空穴傳輸層的IT0玻璃片轉(zhuǎn)入氮?dú)夥諊氖痔紫湫炕钚詫?，?步驟1制備得混合材料溶液旋涂于空穴傳輸層后放置于玻璃皿內(nèi)讓溶劑自行揮發(fā)，再將玻 璃片放在熱基板上退火10分鐘，溫度為120°C ;
[0022] 步驟6.在活性層上依次蒸鍍LiF薄層和A1，分別作為電子傳輸層和陰極。
[0023] 本發(fā)明提供一種基于溶劑摻雜的聚合物太陽能電池，提出新的溶劑添加劑 1-氯-4-戊基苯、1-溴-4-戊基苯；通過活性層的混合材料溶液中添加該溶劑添加劑，使得 聚合物太陽能電池的短路電流密度，開路電壓，填充因子等性能參數(shù)都有所提高，從而有效 提升聚合物太陽能電池效率。本發(fā)明結(jié)合該溶劑添加劑的添加提供該聚合物太陽能電池的 制備方法，制備工藝簡單，同時也從制備工藝中可以看到本發(fā)明新的溶劑添加劑的添加方 便簡潔的提升了聚合物太陽能電池的性能。
【附圖說明】
[0024] 圖1為聚合物太陽能電池的實(shí)驗(yàn)原理圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖3為實(shí)施例1對比原器件的電流密度一電壓圖。
[0027] 圖4為實(shí)施例2對比原器件的電流密度一電壓圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合