專利名稱：一種疊層有機(jī)薄膜太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及疊層有機(jī)太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能是地球上取之不盡、用之不竭的綠色能源。經(jīng)過50多年的研究，以單晶硅為基礎(chǔ)的太陽能電池技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成熟，但單晶硅(99. 999%)成本過高的問題嚴(yán)重制約它的應(yīng)用和發(fā)展，促使人們開發(fā)成本更低、基于薄膜材料的太陽能電池。由于有機(jī)薄膜能太陽電池的制造工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)具有重量輕、小型、柔性和低成本等突出特點(diǎn)而得到了人們的極大關(guān)注。然而當(dāng)前使用較多的有機(jī)太陽能電池有源層材料的帶隙比Si和其他無機(jī)薄膜材料要大(Si 帶隙 1. 12 eV，銅酞菁(Copper Phthalocyanine, CuPc)帶隙 1. 7 eV,Pentacene (并五苯)帶隙1.9 eV,Poly(3-hexylthiophene)(聚噻吩P3HT)帶隙1. 9 eV)，導(dǎo)致吸收光波長(zhǎng)范圍相對(duì)較小，遷移率比較低(Si遷移率大于200 cm2/Vs，有機(jī)材料約10_，10_5 cm2/ Vs)，并且有機(jī)太陽能電池導(dǎo)電機(jī)制中增加了激子擴(kuò)散的中間過程，激子擴(kuò)散長(zhǎng)度一般小于 25 nm，導(dǎo)致太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率比較低，離有機(jī)太陽電池的商用還有一段距離。目前有相當(dāng)多的研究通過疊層有機(jī)太陽能電池(從光入射側(cè)開始，將有源層寬帶隙到窄帶隙的多個(gè)電池順序疊層作為一個(gè)整體)，可以提高器件對(duì)整個(gè)太陽光譜的吸收效率，減少非吸收損耗和熱振動(dòng)損耗，提高電池開路電壓。喹吖定酮通常作為顏料，是一類高性能有機(jī)顏料，該類顏料色澤鮮艷，耐有機(jī)溶劑和耐熱性好，耐曬性和耐氣候性優(yōu)良，在各種塑料中不遷移，主要用于塑料、涂料、樹脂、涂料印花、油墨、橡膠的著色，也用于合成纖維的原漿著色。喹吖定酮作為一種廉價(jià)而穩(wěn)定的有機(jī)材料，具有良好的熱、化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)良的光電特性，在光電器件應(yīng)用方面喹吖定酮及其衍生物在有機(jī)發(fā)光器件已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用。然而有關(guān)喹吖定酮制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管和給-受體異質(zhì)結(jié)型太陽能電池的研究還相對(duì)比較少。特別是目前還沒有利用喹吖定酮為電子給體制備疊層太陽能電池的相關(guān)報(bào)道，申請(qǐng)?zhí)枮?01010559437. 0的專利文獻(xiàn)公開了一種腈取代喹丫啶酮類材料，但是該文獻(xiàn)是將喹丫啶酮材料作為電子受體來使用在太陽能電池中。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本申請(qǐng)人公布了一種疊層有機(jī)薄膜太陽能電池。 本發(fā)明成本低，制備的太陽能電池實(shí)現(xiàn)了在可見光區(qū)域的全吸收。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種疊層有機(jī)薄膜太陽能電池，其結(jié)構(gòu)為
以N，N’-雙取代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮材料為太陽能電池的底層光吸收活性層， 以銅酞菁(CuPc)為太陽能電池的頂層光吸收活性層，以富勒烯(C60)為太陽能電池的電子受體，并以TiOx/PEDOT:PSS為太陽能電池的接觸中間層。其具體的疊層結(jié)構(gòu)依次為
4Al 電極、C60 層、CuPc 層、Ti0x/PED0T:PSS 層、C60 層、N，N，-雙取代 _1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮層、氧化銦錫玻璃。太陽能電池各層的涂敷方法為
首先采用真空蒸鍍?cè)谙礈旌玫难趸熷a玻璃上分別依次蒸發(fā)N，N’ -雙取代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮層(l(T20nm)和C60 (2(T40nm)，然后用旋轉(zhuǎn)涂布方法依次制備 PEDOT PSS 薄膜(5(Tl00nm)和 TiOx 薄膜(5(Tl00nm)，再分別真空蒸鍍 CuPc(2(T30nm) 和C60 (4(T60nm)，最后蒸鍍Al電極。所述N，N’ -雙取代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮的制備方法如下
(1)3，5-二甲基苯胺4 6份和2，5- 二羥基對(duì)苯二甲酸乙酯4 6份在8(Tl20份無水乙醇中充分回流混合，所得產(chǎn)品過濾后，分散在氯萘中，在氬氣保護(hù)下，20(T30(TC攪拌加熱回流2飛小時(shí)；
(2)用碳酸鉀溶液過濾洗滌步驟(1)所得粗產(chǎn)物8 10份，然后將過濾洗滌所得產(chǎn)物在 12 20份乙醇和5 10份醋酸混合溶液中攪拌分散，再添加5 12份硝基苯、2、份固體KOH和 Γ4份二甘醇一甲醚，5(T10(TC攪拌反應(yīng)6、小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)過柱層析純化得到1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮；
(3)在30 70份四氫呋喃溶劑中加入步驟(2)所得1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮4 6份， 添加氫化鈉2、份和溴化烷基化合物3 15份，室溫下攪拌反應(yīng)纊12小時(shí)后經(jīng)過柱層析純化得到N, N，-雙取代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮分子；
上述各步驟中所述各組分的使用份數(shù)均為重量份數(shù)；制備得到的N，N’ -雙取代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮的結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.一種疊層有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于其結(jié)構(gòu)為以N，N’-雙取代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮材料為太陽能電池的底層光吸收活性層， 以銅酞菁(CuPc)為太陽能電池的頂層光吸收活性層，以富勒烯(C60)為太陽能電池的電子 受體，并以TiOx/PEDOT:PSS為太陽能電池的接觸中間層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于其疊層結(jié)構(gòu)依次為Al 電極、C60 層、CuPc 層、TiOx/PEDOT:PSS 層、C60 層、N，N，-雙取代 _1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮層、氧化銅錫玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的疊層有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于太陽能電池各層 的涂敷方法為首先采用真空蒸鍍?cè)谙礈旌玫难趸~錫玻璃上分別依次蒸發(fā)N，N’ -雙取 代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮層(l(T20nm)和C60 (2(T40nm)，然后用旋轉(zhuǎn)涂布方法依次 制備 PEDOT PSS 薄膜(5(Tl00nm)和 TiOx 薄膜(5(Tl00nm)，再分別真空蒸鍍 CuPc(2(T30nm) 和C60 (4(T60nm)，最后蒸鍍Al電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3所述的疊層有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于所述N，N’-雙取 代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮的制備方法如下(1)3，5-ニ甲基苯胺4 6份和2，5- ニ羥基對(duì)苯ニ甲酸乙酯4 6份在80 120份無水乙 醇中充分回流混合，所得產(chǎn)品過濾后，分散在氯萘中，在氬氣保護(hù)下，20(T30(TC攪拌加熱回 流2飛小吋；(2)用碳酸鉀溶液過濾洗滌步驟(1)所得粗產(chǎn)物8 10份，然后將過濾洗滌所得產(chǎn)物在 12 20份乙醇和5 10份醋酸混合溶液中攪拌分散，再添加5 12份硝基苯、2、份固體KOH和 廣4份ニ甘醇一甲醚，5(T10(TC攪拌反應(yīng)6、小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)過柱層析純化得到1，3，8，10-四 甲基喹吖啶酮；(3)在30 70份四氫呋喃溶劑中加入步驟(2)所得1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮4 6份， 添加氫化鈉2、份和溴化烷基化合物3 15份，室溫下攪拌反應(yīng)纊12小時(shí)后經(jīng)過柱層析純 化得到N，N’ -雙取代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮分子；上述各步驟中所述各組分的使用份數(shù)均為重量份數(shù)；制備得到的N，N’ -雙取 代-1，3，8，10-四甲基喹吖啶酮的結(jié)構(gòu)式如下
全文摘要
一種疊層有機(jī)薄膜太陽能電池，其結(jié)構(gòu)為以N,N’-雙取代-1,3,8,10-四甲基喹吖啶酮材料為太陽能電池的底層光吸收活性層，以銅酞菁(CuPc)為太陽能電池的頂層光吸收活性層，以富勒烯(C60)為太陽能電池的電子受體，并以TiOx/PEDOT:PSS為太陽能電池的接觸中間層。本發(fā)明成本低，制備的太陽能電池實(shí)現(xiàn)了在可見光區(qū)域的全吸收。
文檔編號(hào)C07F7/10GK102386333SQ201110354689
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者許宗詳 申請(qǐng)人:無錫信怡微電子有限公司