一種用于倒結(jié)構(gòu)聚合物太陽電池的azo/pvp陰極復(fù)合緩沖層及其應(yīng)用【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明屬于新能源中的太陽能電池
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于倒結(jié)構(gòu)聚合物太陽電池的AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層及其應(yīng)用。【
背景技術(shù)：
】[0002]近年來，采用電子傳輸層材料替換了有機傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電池中PED0T:PSS材料，并使用Au、Ag等高功函數(shù)金屬作為陽極，倒結(jié)構(gòu)聚合物太陽電池(Invertedpolymersolarcells,IPSCs)的性能得到明顯提升[參見S.Liao,H.Jhuo,P.Yeh,Y.Cheng,Y.Li,Y.Lee，S.SharmajS.Chen,SingleJunct1nInvertedPolymerSolarCellReachingPowerConvers1nEfficiency10.31%byEmployingDual-DopedZincOxideNano-FilmasCathodeInterlayer,ScientificReports,do1:10.1038/srep06813]0在IPSC中，Al-dopedZnO(AZO)由于具有高電子迀移率和可見光波段的高透過特性，而且價格低廉，制備方法多種多樣，在有機太陽電池中作為陰極緩沖層。特別是溶膠凝膠方法，無需昂貴的真空設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、大面積成膜，并且制備工藝簡單，溶液組分易調(diào)整，過程易控制，被認為具備大面積商業(yè)化潛能C3[參見X.YujX.YujJ.Zhang,Z.HujG.ZhaojY.Zhao,Effectivelighttrappingenhancednear-UV/bluelightabsorpt1nininvertedpolymersolarcellsviasol-geltexturedAl-dopedZnObufferlayer,Sol.EnergyMater.Sol.Cells121(2014)28-34；M.H.Chen,Y.C.KuojH.H.LinjY.ChaojM.Wong,Highlystableinvertedorganicphotovoltaicsusingaluminum-dopedzincoxideaselectrontransportlayers.J.PowerSources,275(2015)274-278]。然而，由于較低溫度下采用溶膠凝膠方法制備的ZnO(AZO)薄膜表面會產(chǎn)生大量不完整配位鍵[參見T.StubhanjM.Salinas，A.EbeljF.C.Krebs,A.HirschjM.HalikjC.J.BrabecjIncreasingthefillfactorofinvertedP3HT:PCBMsolarcellsthroughsurfacemodificat1nofAl-dopedZnOviaphosphonicacid-anchoredC60SAMs,Adv.EnergyMater.2(2012)532-535]以及輕基缺陷[Μ.Chen,X.Wang,Y.H.YujZ.LPeijX.DBaijC.Sun,R.FHuang,L.SWen.X-rayphotoelectronspectroscopyandaugerelectronspectroscopystudiesofAl-dopedZnOfilms.AppliedSurfaceScience,158(2000)134-140;J.Wang,Z.Wang,B.Huang,Y.MajY.LiujX.QinjX.Zhang,Y.Dai，OxygenVacancyInducedBand-GapNarrowingandEnhancedVisibleLightPhotocatalyticActivityofZnOjACSApp1.Mater.1nterfaces,4(2012)4024-4030]，再加上有機活性層材料與無機材料AZO緩沖層之間表面能不同，導(dǎo)致二者之間接觸質(zhì)量較差。優(yōu)異的互穿網(wǎng)絡(luò)和表面形貌將有利于激子的產(chǎn)生和分離，而接觸界面質(zhì)量直接決定了電荷的傳輸和抽取的效果。在倒結(jié)構(gòu)電池中，無機材料(AZO)緩沖層與有機活性層之間差的接觸，導(dǎo)致電池的表面接觸電阻增加，電池填充因子下降；電池內(nèi)建電勢降低，體電阻增加，電池開路電壓下降，這樣使得電池器件整體性能的提升受到很大程度的限制。因此，提高倒結(jié)構(gòu)有機聚合物電池性能迫切需要性能優(yōu)良的陰極緩沖層，不僅能夠與活性層之間形成歐姆接觸，而且制備工藝方便快捷，價格低廉，能與roll-to-roll大面積制備方法相兼容。【
發(fā)明內(nèi)容】[0003]本發(fā)明針對有機倒結(jié)構(gòu)太陽電池中陰極緩沖層AZO存在問題，提供一種用于倒結(jié)構(gòu)聚合物太陽電池的AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層。[0004]本發(fā)明還提供一種方法簡單，易控制，制造成本低，并能在較低溫度下、空氣中、大面積制備的AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層的制備方法。[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于倒結(jié)構(gòu)聚合物太陽電池的AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層，該AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層的制備方法包括如下步驟:首先，稱取I克二水和合醋酸鋅(Zn(CH3CO2)2-2H20)和0.001~0.02克九水合硝酸鋁(Al(NO3)3-9H20)溶解在40毫升乙醇中，取0.01~0.3毫升單乙醇胺加入溶液中做為穩(wěn)定劑，將配置好的溶液在30~60°C下攪拌20~30min，待溶液清澈透明后，在室溫條件下陳化10~24h以上，前驅(qū)液配制完成；將前驅(qū)液滴涂在洗凈烘干的ITO玻璃襯底上，勻膠機轉(zhuǎn)速1800rpm，旋涂時間為20S，旋涂完畢后，將載有前驅(qū)液的ITO玻璃襯底放置在100~240°C熱板上加熱5~10min進行預(yù)退火，再進行100~3000C20-30min的后退火，退火處理過程完畢得到AZO薄膜；其次，稱取0.03克PVP(k30)溶解在20毫升乙醇中制成PVP溶液，20~50°C條件下攪拌30~35min后，將均勻澄清的PVP溶液滴涂在制備完成的AZO薄膜上，調(diào)節(jié)勻膠機轉(zhuǎn)速，使用轉(zhuǎn)速800rpm旋涂時間5~20s旋涂制備AZ0/PVP復(fù)合薄膜；再次，將AZ0/PVP復(fù)合薄膜放置在80~120°C熱板上進行5~15min熱處理，15min結(jié)束立即移除，冷卻至室溫，得到AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層。該熱處理過程非常重要，主要有三個作用:一，將PVP薄膜中乙醇溶液去除，使PVP干燥成膜；二，熱處理使得AZO與PVP的界面接觸更緊密，利于載流子的傳輸；三，烘干得到的PVP網(wǎng)狀分布的表面形貌將與活性層形成歐姆接觸，提高載流子在PVP/活性層界面處分離效率、減少載流子復(fù)合。[0006]作為優(yōu)選，將前驅(qū)液滴涂在ITO玻璃襯底上是采用Iml容量的一次性注射器，其具有0.45μm有機過濾嘴。[0007]作為優(yōu)選，所述PVP選擇k值30的產(chǎn)品。[0008]一種用于倒結(jié)構(gòu)聚合物太陽電池的AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層的制備方法，包括如下步驟:首先，稱取I克二水和合醋酸鋅(Zn(CH3CO2)2-2H20)和0.001~0.02克九水合硝酸鋁(Al(NO3)3-9H20)溶解在40毫升乙醇中，取0.01~0.3毫升單乙醇胺加入溶液中做為穩(wěn)定劑，將配置好的溶液在30~60°C下攪拌20~30min，待溶液清澈透明后，在室溫條件下陳化10~24h以上，前驅(qū)液配制完成；將前驅(qū)液滴涂在洗凈烘干的ITO玻璃襯底上，勻膠機轉(zhuǎn)速1800rpm，旋涂時間為20S，旋涂完畢后，將載有前驅(qū)液的ITO玻璃襯底放置在100~240°C熱板上加熱5~10min進行預(yù)退火，再進行100~3000C20-30min的后退火，退火處理過程完畢得到AZO薄膜；其次，稱取0.03克PVP(k30)溶解在20毫升乙醇中制成PVP溶液，20~50°C條件下攪拌30~35min后，將均勻澄清的PVP溶液滴涂在制備完成的AZO薄膜上，調(diào)節(jié)勻膠機轉(zhuǎn)速，使用轉(zhuǎn)速800rpm旋涂時間5~20s旋涂制備AZ0/PVP復(fù)合薄膜；再次，將AZ0/PVP復(fù)合薄膜放置在80~120°C熱板上進行5~15min熱處理，15min結(jié)束立即移除，冷卻至室溫，得到AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層。[0009]一種采用所述的AZ0/PVP陰極復(fù)合緩沖層制得的倒結(jié)構(gòu)聚合物太陽電池。所述倒結(jié)構(gòu)聚合物太陽電池的一種制備方法如下:O電池器件制備:活性層制備:將給體和受體材料poly(3-hexylth1phene)(P3HT):[6,6]-phenylC61butyricacidmethylester當(dāng)前第1頁1 2