專利名稱：一種改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光伏技術(shù)領(lǐng)域，是一種改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法，從而提高聚合物太陽(yáng)能電池效率。
背景技術(shù)：
近幾年來，有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池由于其重量輕、成本低、制備簡(jiǎn)單及可制備成柔性器件等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外科學(xué)工作者研究的焦點(diǎn)，越來越多的工作者致力于聚合物太陽(yáng)能電池相關(guān)材料和器件工藝的研究。在基于聚噻吩(P3HT)/富勒烯衍生物(PCBM)共混薄膜的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池中，光敏層的相分離程度對(duì)電池的性能起著至關(guān)重要的作用。在以前的工作中，光敏層的有機(jī)物往往以單一溶劑為溶劑，常用的有氯苯和二氯苯。但是由于溶劑氯苯的沸點(diǎn)較低，以其為溶劑的溶液旋涂制備的有機(jī)薄膜干燥較快，光敏層中兩種有機(jī)物的相分離程度不易控制，而相分離程度過小，激子產(chǎn)生界面減小，激子產(chǎn)量降 低，影響短路電流密度。另一方面，二氯苯的沸點(diǎn)較高，光敏層成膜過程中溶劑揮發(fā)較慢，可以通過控制溶劑的揮發(fā)速度來控制有機(jī)物的相分離程度，但是以二氯苯為溶劑的溶液其表面張力較大，較長(zhǎng)的溶劑揮發(fā)時(shí)間使得有機(jī)物成膜不完整，影響載流子的傳輸，從而影響電池的短路電流密度和填充因子。綜合考慮氯苯和二氯苯的性質(zhì)差異，將其混合在一起，通過調(diào)整氯苯和二氯苯的比例，既能有效地控制相分離程度，增大激子產(chǎn)生界面，增加激子產(chǎn)量，又能避免較大表面張力引起的膜結(jié)構(gòu)的不完整性，保證載流子傳輸過程不受阻，增加短路電流密度，提高電池效率。此外，使用氯苯和二氯苯的混合溶液做溶劑，在改變光敏層有機(jī)物濃度時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)氯苯和二氯苯的比例，調(diào)節(jié)有機(jī)物的成膜時(shí)間，從而改善有機(jī)物相分離的程度，最終得到較高效率的聚合物太陽(yáng)能電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層有機(jī)物相分離的方法，采用兩種溶劑的混合溶液作為光敏層有機(jī)物的溶劑，制備光敏層薄膜，通過控制溶劑的揮發(fā)速度來改善兩種有機(jī)物的相分離程度，提高聚合物電池的效率。本發(fā)明提供一種改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離的方法，光敏層中有機(jī)物的溶劑采用兩種有機(jī)溶劑的混合溶液，溶液的配置方法包括如下步驟步驟I :分別稱量聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)，先后置于同一試劑瓶中；步驟2 :分別往試劑瓶中注入按一定比例混合的氯苯/ 二氯苯混合溶劑；步驟3 :將混合好的溶液放在磁力攪拌器上，加熱并攪拌使之混合均勻，溶液配制完畢。其中，配置溶液所需的聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的質(zhì)量比為1:1。其中，混合好的溶液的攪拌溫度設(shè)定為50°C。本發(fā)明提供的聚合物太陽(yáng)能電池的制備方法包括如下步驟
步驟I :清洗圖案化的ITO/玻璃襯底，此為電池的陽(yáng)極；步驟2 :在襯底上制備一層空穴傳輸層PED0T:PSS層；步驟3擦除一側(cè)的PEDOT:PSS，至露出部分ITO表面，作為電池的陽(yáng)極；步驟4 :在PED0T:PSS層上制備一層光敏層，即聚合物和富勒烯衍生物的共混層；步驟5 :在聚噻吩(P3HT) /富勒烯衍生物(PCBM)共混層上制備Al電極，作為電池的陰極；步驟6 :退火，電池制備完畢。



為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)例做詳細(xì)的描述，其中圖I為本發(fā)明的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例中有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光AM(1. 5G)下的光電流密度-光電壓曲線。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離的方法，光敏層中有機(jī)物的溶劑采用混合溶劑，以提高聚合物太陽(yáng)能電池的效率。光敏層40中的有機(jī)物的配置方法包括如下步驟步驟I :分別稱量聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)，先后置于同一試劑瓶中；步驟2 :分別往試劑瓶中注入按一定比例混合的氯苯/ 二氯苯混合溶劑；步驟3 :將混合好的溶液放在磁力攪拌器上，加熱并攪拌使之混合均勻，溶液配制完畢。其中，配置溶液所需的聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的質(zhì)量比為1:1。其中，混合好的溶液的攪拌溫度設(shè)定為50°C。本發(fā)明提供的聚合物太陽(yáng)能電池的制備方法包括如下步驟步驟I :清洗圖案化的ITO 20/玻璃10襯底，此為電池的陽(yáng)極，其中IT020層的方塊電阻為7-15歐姆/方塊；步驟2 :在襯底上制備一層PED0T:PSS 30層，作為空穴傳輸層，該層厚度為20_40nm ；步驟3 :擦除一側(cè)的PED0T:PSS 30，至露出部分ITO 20表面，作為電池的陽(yáng)極；步驟4 :在PED0T:PSS 30層上制備一層光敏層，即聚合物和富勒烯衍生物的共混層40 ；步驟5 :在聚合物/富勒烯衍生物共混層40上制備Al電極50，作為電池的陰極，其中制備Al電極50的厚度為100-130nm ；步驟6 :退火，電池制備完畢，其中退火在充滿高純氮?dú)獾氖痔紫渲羞M(jìn)行，手套箱中的水含量和氧含量均低于Ippm,退火溫度為130_150°C,退火時(shí)間為10_15min。具體實(shí)施例
實(shí)施例I :參閱圖I所示，用有機(jī)試劑清洗圖案化的ITO 20/玻璃10襯底，ITO 20的方塊電阻為15歐姆/方塊。在襯底上制備一層PED0T:PSS 30層，PED0T:PSS 30層的厚度為30nm。將一側(cè)的的PEDOT:PSS 30層擦除掉，至露出ITO 20表面，使得原來的PEDOT:PSS30層形成臺(tái)面。在PED0T:PSS 30層上旋涂一層P3HT:PCBM共混薄膜40，P3HT的質(zhì)量濃度為10 mg/ml，P3HT與PCBM的質(zhì)量比為I : 1，加入體積比為I : 4的氯苯與二氯苯的混合溶劑，加熱并攪拌使其充分混合，旋涂的P3HT: PCBM共混薄膜40的厚度為lOOnm。采用熱蒸發(fā)技術(shù)在P3HT:PCBM共混薄膜40上沉積一層Al電極50，Al電極50的厚度為lOOnm。在充滿高純氮?dú)獾氖痔紫渲?，?duì)沉積了電極的電池進(jìn)行熱退火，退火溫度為130°C，退火時(shí)間為 lOmin。實(shí)施例2 :參閱圖I所示，用有機(jī)試劑清洗圖案化的ITO 20/玻璃10襯底，ITO 20 的方塊電阻為15歐姆/方塊。在襯底上制備一層PED0T:PSS 30層，PED0T:PSS 30層的厚度為30nm。將一側(cè)的的PEDOT:PSS 30擦除掉，至露出ITO 20表面，使得原來的PEDOT:PSS30層形成臺(tái)面。在PED0T:PSS 30層上旋涂一層P3HT:PCBM共混薄膜40，P3HT的質(zhì)量濃度為10mg/ml，P3HT與PCBM的質(zhì)量比為I : 1，加入氯苯溶劑，加熱并攪拌使其充分混合，旋涂的P3HT:PCBM共混薄膜40的厚度為lOOnm。采用熱蒸發(fā)技術(shù)在P3HT:PCBM共混薄膜40上沉積一層Al電極50，Al電極50的厚度為lOOnm。在充滿高純氮?dú)獾氖痔紫渲?，?duì)沉積了電極的電池進(jìn)行熱退火，退火溫度為130°C，退火時(shí)間為lOmin。實(shí)施例3 :參閱圖I所示，用有機(jī)試劑清洗圖案化的ITO 20/玻璃10襯底，ITO 20的方塊電阻為15歐姆/方塊。在襯底上制備一層PED0T:PSS 30層，PED0T:PSS 30層的厚度為30nm。將一側(cè)的的PEDOT:PSS 30擦除掉，至露出ITO 20表面，使得原來的PEDOT:PSS30層形成臺(tái)面。在PED0T:PSS 30層上旋涂一層P3HT:PCBM共混薄膜40，P3HT的質(zhì)量濃度為10mg/ml，P3HT與PCBM的質(zhì)量比為I : I，加入二氯苯溶劑，加熱并攪拌使其充分混合，旋涂的P3HT:PCBM共混薄膜40的厚度為lOOnm。采用熱蒸發(fā)技術(shù)在P3HT:PCBM共混薄膜40上沉積一層Al電極50，Al電極50的厚度為lOOnm。在充滿高純氮?dú)獾氖痔紫渲?，?duì)沉積了電極的電池進(jìn)行熱退火，退火溫度為130°C，退火時(shí)間為lOmin。其中實(shí)施例I與實(shí)施例2和3的差別只在于，實(shí)施例I中光敏層有機(jī)物溶液的溶劑為氯苯和二氯苯的混合溶劑，實(shí)施例2中光敏層有機(jī)物溶液的溶劑為氯苯，實(shí)施例2中光敏層有機(jī)物溶液的溶劑為二氯苯。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光(AMI. 5G，100mff/cm2)照射下測(cè)得實(shí)施例I中電池的開路電壓為0. 58V，短路電流密度為9. 46mA/cm2，填充因子為0. 49，能量轉(zhuǎn)換效率為2. 7%。實(shí)施例2中電池的開路電壓為0. 57V，短路電流密度為7. 6mA/cm2，填充因子為0. 23，能量轉(zhuǎn)換效率為1%。實(shí)施例3中電池的開路電壓為0. 54V，短路電流密度為6. 66mA/cm2，填充因子為0. 35，能量轉(zhuǎn)換效率為I. 2%。生長(zhǎng)結(jié)果如圖2所示，采用本發(fā)明的方法，采用兩種溶劑的混合溶劑作為光敏層有機(jī)物的溶劑，制備了性能優(yōu)異的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池，器件的性能與使用單一溶劑相比，效率由用純CB做溶劑的1%和用純DCB做溶劑的I. 2%提高到2.7%。發(fā)明與背景技術(shù)相比所具有的有意義的結(jié)果將光敏層的有機(jī)物溶解在兩種的溶劑的混合劑中，成功制備出了性能穩(wěn)定的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池，且電池的各個(gè)性能參數(shù)較之使用單一溶劑有很大的提高，是一種有效改善聚合物太陽(yáng)能電池有源層有機(jī)物相分離程度的方法，從而提高有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的效率。與使用單一溶劑相比，用兩種溶劑的混合劑，提高了制備過程中溶劑揮發(fā)速度的可控性，從而控制有機(jī)物相分離的程度，增加激子產(chǎn)量，并有利于載流子的有效傳輸。此外，在電池制備過程中，改變有機(jī)物的濃度時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)氯苯和二氯苯的體積比，調(diào)節(jié)溶劑的揮發(fā)速度來調(diào)節(jié)薄膜的成膜時(shí)間，從而改善有機(jī)物的相分離程度，提高電池的效率。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該方面內(nèi)容的的人在本發(fā)明所揭露的范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或交替，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)力要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法，光敏層中有機(jī)物的溶劑用兩種有機(jī)溶劑的混合溶劑，溶液配制包括如下步驟 步驟I :分別稱量聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)，先后置于同一試劑瓶中； 步驟2 :分別往試劑瓶中注入按一定比例混合的氯苯(CB)/二氯苯(DCB)混合溶劑； 步驟3 :將混合好的溶液放在磁力攪拌器上，加熱并攪拌使之混合均勻，溶液配制完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法，聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的質(zhì)量比為1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法，溶液攪拌時(shí)加熱溫度為50°C。
4.一種改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法，電池的完整制備包括如下步驟 步驟I :清洗圖案化的ITO/玻璃襯底，此為電池的陽(yáng)極； 步驟2 :在襯底上制備一層空穴傳輸層PED0T:PSS層； 步驟3 :擦除一側(cè)的PED0T:PSS，至露出部分ITO表面，作為電池的陽(yáng)極； 步驟4 :在PED0T:PSS層上制備一層光敏層，即聚合物和富勒烯衍生物的共混層； 步驟5 :在聚合物/富勒烯衍生物共混層上制備Al電極，作為電池的陰極； 步驟6 :退火，電池制備完畢。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法，光敏層中的兩種有機(jī)物聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的質(zhì)量比為1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法，光敏層中有機(jī)物的溶劑采用按一定比例混合的氯苯(CB)/二氯苯(DCB)混合溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離的方法，其中制備Al電極采用熱蒸發(fā)法，制備的Al電極的厚度為100-130nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的制備方法，其中退火是在充滿高純氮?dú)獾氖痔紫渲羞M(jìn)行，手套箱中含水量和含氧量均低于lppm，退火溫度為120-150°C，退火時(shí)間為10-15min。
全文摘要
一種改善聚合物太陽(yáng)能電池光敏層相分離程度的方法，有機(jī)物的溶劑采用氯苯和二氯苯的混合溶劑，有機(jī)物溶液的具體配制包括如下步驟分別稱量質(zhì)量比為1∶1聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)，先后置于同一試劑瓶中；注入按一定比例混合的氯苯/二氯苯混合溶劑；將混合好的溶液放在磁力攪拌器上，攪拌使之混合均勻，溶液配制完畢。
文檔編號(hào)H01L51/48GK102810643SQ20111014812
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者高紅麗, 張興旺, 譚海仁, 尹志崗, 白一鳴, 張秀蘭, 王占國(guó), 屈盛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所, 歐貝黎新能源科技股份有限公司