光伏電池及其制備方法、制備裝置和光伏電池生產(chǎn)線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種光伏電池及其制備方法、制備裝置和光伏電池生產(chǎn)線。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能作為一種可再生能源目前已得到廣泛應(yīng)用。聚合物光伏電池是將太陽(yáng)光光能轉(zhuǎn)換為電能的一種太陽(yáng)能應(yīng)用產(chǎn)品，具有成本低，制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為光電轉(zhuǎn)換器件中的研究熱門。
[0003]聚合物光伏電池內(nèi)部光電轉(zhuǎn)換膜層的結(jié)構(gòu)主要是給-受體聚合物混合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，聚合物光伏電池的工作流程是光照使給-受體聚合物混合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生光生激子一激子擴(kuò)散一電荷分離一電荷傳輸一電荷收集。給-受體聚合物混合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)存在的問題是有機(jī)材料載流子迀移率低，這使得聚合物光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低。
[0004]現(xiàn)有制備這種光伏電池的工藝方法主要是旋涂成膜技術(shù)，即旋涂形成給-受體聚合物混合膜層。具體制備過程為:將給體、受體混合溶液經(jīng)過勻膠機(jī)甩膜到經(jīng)過清洗的陽(yáng)極基片上，然后再蒸鍍金屬陰極，形成完整的光電轉(zhuǎn)換器件結(jié)構(gòu)。但是這種制備技術(shù)的不足之處是制備而成的器件性能不穩(wěn)定，同時(shí)受制于有機(jī)材料的載流子迀移率比無(wú)機(jī)材料低很多，使得器件的效率一直不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，提供一種光伏電池及其制備方法、制備裝置和光伏電池生產(chǎn)線。該光伏電池的制備方法能使給體-受體聚合物混合膜層在直流電場(chǎng)作用下，聚合物鏈分子取向趨于一致，取向一致能使給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中其內(nèi)部的載流子迀移率提高，從而提高了給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中載流子的傳輸率，減少了電荷復(fù)合造成的混合膜層內(nèi)部能量損失，進(jìn)而提高了光伏電池的效率和穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明提供一種光伏電池的制備方法，包括:步驟S1:在基板上形成陽(yáng)極層；步驟
52:采用旋涂的方法在完成步驟SI的所述基板上形成給體-受體聚合物混合膜層；步驟
53:在完成步驟S2的所述基板上形成陰極層，在旋涂形成所述給體-受體聚合物混合膜層的過程中向旋涂中的所述給體-受體聚合物混合膜層施加直流電場(chǎng)。
[0007]優(yōu)選地，在旋涂形成所述給體-受體聚合物混合膜層的過程中施加垂直于所述基板方向的電場(chǎng)，所述電場(chǎng)的電場(chǎng)方向指向所述基板。
[0008]優(yōu)選地，在旋涂形成所述給體-受體聚合物混合膜層的過程中向旋涂中的所述給體-受體聚合物混合膜層施加直流電場(chǎng)包括:直流電源的正極連接銅片，所述銅片作為所述直流電場(chǎng)的正極板；用于旋涂所述給體-受體聚合物混合膜層的旋涂設(shè)備中承載所述基板的轉(zhuǎn)盤作為所述直流電場(chǎng)的負(fù)極板，所述直流電源的負(fù)極通過碳刷連接所述轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸；所述銅片和所述轉(zhuǎn)盤之間形成所述直流電場(chǎng)。
[0009]優(yōu)選地，所述直流電場(chǎng)的大小范圍為l_5kV/cm。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟S2包括：將給體聚合物材料、受體聚合物材料和溶劑放入磁力攪拌器攪拌2-5小時(shí)；然后將攪拌均勻的給體-受體聚合物混合溶液旋涂于完成所述步驟SI的所述基板上；其中，旋涂速度在開始時(shí)為600轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂I分鐘后將旋涂速度調(diào)整為1000轉(zhuǎn)/分鐘再旋涂20秒；最后將旋涂完畢的所述基板放入120°C的烘箱中烘30分鐘。[0011 ] 優(yōu)選地，所述給體聚合物材料包括3-己基噻吩聚合物，所述受體聚合物材料包括聚乙撐二氧噻吩，所述溶劑包括鄰二氯苯。
[0012]優(yōu)選地，在所述步驟SI之后和所述步驟S2之前還包括形成緩沖層的步驟。
[0013]優(yōu)選地，形成所述緩沖層包括：將3，4_乙撐二氧噻吩單體：聚苯乙烯磺酸鹽高分子聚合物水溶液旋涂于完成所述步驟SI的所述基板上，其中，旋涂速率為3500轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂I分鐘，然后將旋涂完畢的所述基板放入120°C的烘箱中烘30分鐘。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟SI在基板上形成所述陽(yáng)極層之后還包括：首先，用有機(jī)清洗劑清洗所述基板，用氮?dú)獯蹈伤鲫?yáng)極層表面；然后，加丙酮超聲振蕩清洗所述基板，再用去離子水沖洗；接著，再加乙醇超聲振蕩清洗所述基板，再用去離子水沖洗；最后，用氮?dú)獯蹈伤鲫?yáng)極層表面，并將所述基板放入烘箱中干燥。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟S3包括：采用真空鍍膜機(jī)蒸鍍形成金屬陰極層。
[0016]本發(fā)明還提供一種光伏電池，所述光伏電池采用上述制備方法制成。
[0017]優(yōu)選地，包括基板和依次設(shè)置在所述基板上的陽(yáng)極層、緩沖層、給體-受體聚合物混合膜層和陰極層，所述陽(yáng)極層、所述緩沖層、所述給體-受體聚合物混合膜層和所述陰極層相互覆疊。
[0018]本發(fā)明還提供一種光伏電池的制備裝置，包括旋涂機(jī)構(gòu)，所述旋涂機(jī)構(gòu)包括用于承載待旋涂的基板的轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤能繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，還包括電場(chǎng)施加機(jī)構(gòu)，所述電場(chǎng)施加機(jī)構(gòu)與所述轉(zhuǎn)盤對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于在所述基板上旋涂形成給體-受體聚合物混合膜層的過程中使旋涂中的所述給體-受體聚合物混合膜層處于所述電場(chǎng)施加機(jī)構(gòu)施加的直流電場(chǎng)中。
[0019]優(yōu)選地，所述電場(chǎng)施加機(jī)構(gòu)包括直流電源、正極板和負(fù)極板，所述正極板連接所述直流電源的正極，所述負(fù)極板連接所述直流電源的負(fù)極；
[0020]所述正極板采用銅片，所述負(fù)極板采用所述轉(zhuǎn)盤，所述直流電源的負(fù)極通過碳刷連接所述轉(zhuǎn)盤的所述轉(zhuǎn)軸，所述銅片和所述轉(zhuǎn)盤相互平行且正對(duì)。
[0021]本發(fā)明還提供一種光伏電池生產(chǎn)線，包括上述光伏電池的制備裝置。
[0022]本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所提供的光伏電池的制備方法，通過向旋涂中的給體-受體聚合物混合膜層施加直流電場(chǎng)，能使給體-受體聚合物混合膜層在直流電場(chǎng)作用下，聚合物鏈分子取向趨于一致，這使得聚合物鏈上分子排列變得有序，聚合物鏈上相鄰的分子鏈趨于平行，這種取向能使給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中其內(nèi)部的載流子迀移率提高，從而提高了給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中載流子的傳輸率，進(jìn)而提高了光伏電池的效率；同時(shí)聚合物鏈上分子排列有序還能減少給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中內(nèi)部電荷復(fù)合的幾率，從而減少了電荷復(fù)合造成的內(nèi)部能量損失，進(jìn)而提高了光伏電池的穩(wěn)定性。
[0023]本發(fā)明所提供的光伏電池，通過采用上述制備方法制備，使給體-受體聚合物混合膜層中聚合物鏈分子取向趨于一致，這使得聚合物鏈上分子排列變得有序，聚合物鏈上相鄰的分子鏈趨于平行，這種取向能使給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中其內(nèi)部的載流子迀移率提高，從而提高了給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中載流子的傳輸率，進(jìn)而提高了光伏電池的效率；同時(shí)聚合物鏈上分子排列有序還能減少給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中內(nèi)部電荷復(fù)合的幾率，從而減少了電荷復(fù)合造成的內(nèi)部能量損失，進(jìn)而提高了光伏電池的穩(wěn)定性。
[0024]本發(fā)明所提供的光伏電池的制備裝置，通過設(shè)置電場(chǎng)施加機(jī)構(gòu)，能使旋涂中的給體-受體聚合物混合膜層處于電場(chǎng)施加機(jī)構(gòu)施加的直流電場(chǎng)中，直流電場(chǎng)能使給體_受體聚合物混合膜層中聚合物鏈分子取向趨于一致，這使得聚合物鏈上分子排列變得有序，聚合物鏈上相鄰的分子鏈趨于平行，這種取向能使給體_受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中其內(nèi)部的載流子迀移率提高，從而提高了給體-受體聚合物混合膜層在光電轉(zhuǎn)換過程中載流子的傳輸率，進(jìn)