本发明专利技术公开了极性溶剂修饰的反型有机薄膜太阳能电池及其制备方法，涉及有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，该太阳能电池采用反型结构，包括衬底，透明导电阴极ITO，阴极缓冲层，光活性层，阳极缓冲层，极性溶剂缓冲层，金属阳极。通过在太阳能电池的阳极缓冲层与光活性层中间加入了极性溶剂缓冲层，能有效地提高阳极缓冲层的电导率，降低了器件串联电阻，提高了载流子传输效率，最终提高了太阳能电池的光电转换效率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，涉及有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，该太阳能电池采用反型结构，包括衬底，透明导电阴极ITO，阴极缓冲层，光活性层，阳极缓冲层，极性溶剂缓冲层，金属阳极。通过在太阳能电池的阳极缓冲层与光活性层中间加入了极性溶剂缓冲层，能有效地提高阳极缓冲层的电导率，降低了器件串联电阻，提高了载流子传输效率，最终提高了太阳能电池的光电转换效率。【专利说明】
本专利技术属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及。
技术介绍
随着全球能源需求的爆炸式增长，能源问题己经成为各国经济发展所要面临的首要难题。由于太阳能具有洁净、分布广泛、取之不尽用之不竭等特点，研究光伏发电解决能源问题成为可再生能源领域研究的重点与热点。目前，根据组成太阳能电池的光活性层的材料性质的不同，可以将活性层材料分为无机半导体材料和有机半导体材料。与无机半导体材料相比，有机半导体材料不仅材料本身的合成条件和器件化工艺条件相对温和，其分子化学结构容易修饰，用其来制作电池时，可以满足成本低、耗能少、容易大面积制作的要求。从20世纪90年代起，随着薄膜技术的迅猛发展，采用新材料新结构新工艺制备的电池的性能得到大幅度的提高。然而，与无机太阳能电池的大规模生产相比，有机太阳能电池由于其光电转换效率还相对较低，其实用化还尚需时日。制备合适的阳极缓冲层是提高有机太阳电池光电转换效率的有效方法，其中PED0T:PSS由于其拥有良好的溶解性及空穴传输性而在近年来被广泛应用于有机太阳能电池中。基于PED0T:PSS阳极缓冲层的有机太阳能电池展现出了良好的光电性能，而进一步优化PEDOT: PSS阳极缓冲层则成为目前此领域研究的重点。目前，限制PED0T:PSS阳极缓冲层应用的主要原因是:首先，在PED0T:PSS中当制备成阳极缓冲层后，亲水不导电的PSS基团会在薄膜表面团聚，从而阻碍载流子的传输；其次，传输空穴的主体PEDOT基团在成膜后不能有效地与亲水不导电的PSS基团分离，从而制约了阳极缓冲层中载流子空穴的传输速率。传统的解决方法是在PED0T:PSS溶液中掺入一定量的添加剂来分离PEDOT与PSS基团，但无法去除添加剂从而使得其成为了不导电的陷阱中心，制约了 PED0T:PSS薄膜了导电率的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是:提供，通过加入极性溶剂缓冲层来修饰阳极缓冲层，以实现:(I)消除表面PSS基团团聚以提高阳极缓冲层电导率；(2)降低器件的串联电阻；(3)提高电子传输效率，提高器件短路电流密度。本专利技术提供的技术方案为:极性溶剂修饰的反型有机薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池采用反型结构，从下到上依次为:衬底，透明导电阴极ΙΤ0，阴极缓冲层，光活性层，阳极缓冲层，极性缓冲层，金属阳极；所述极性缓冲层质量百分比组成为:二甲亚讽95?97 %,乙醇3?5 %，其厚度为I?10 nm。作为优选，所述阳极缓冲层材料为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSS)，其厚度为 15 ?50 nm。作为优选，所述光活性层由质量比为1:20?5:1的电子给体材料P3HT与电子受体材料PCBM混合物的浓度为I?20 mg/ml的溶液制备而成，光活性层为50?300 nm，溶剂为邻二氯苯等本领域常用的溶剂。作为优选，所述阴极缓冲层材料为TPB1、BCP、Bphen、Alq3、ZnO或TiO2的一种或多种，其厚度为I?20 nm。作为优选，所述金属阳极材料为Ag、Al或Cu,其厚度为100?300 nm。作为优选，所述衬底材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。极性溶剂修饰的反型有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)清洗由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板，然后用氮气吹干； 2)在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂ZnO或TiO2溶液，并烘烤所形成的薄膜，或在透明导电阴极ITO表面采用真空蒸镀法蒸镀TPB1、BCP、Bphen, Alq3制备阴极缓冲层； 3)在阴极缓冲层上采用旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷的方式制备P3HT: PCBM光活性层，并进行烘烤； 4)在光活性层表面旋转涂覆或喷涂阳极缓冲层； 5)在阳极缓冲层上采用溶剂挥发退火的方式制备极性溶剂缓冲层； 6)将基板采用热退火的方式进行退火； 7)在阳极缓冲层上蒸镀金属阳极。作为优选，所述热退火温度范围为140?170°C。作为优选，所述热退火方式采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热、或微波加热的一种或多种。作为优选，所述P3HT:PCBM薄膜烘烤的温度范围在20?150 °C。本专利技术的有益效果在于: 一、通过引入极性溶剂缓冲层，能有效地去除阳极缓冲层表面堆积的PSS基团，从而提高了载流子传输效率，提高阳极缓冲层的电导率； 二、降低了电子在光活性层/阳极缓冲层界面的复合几率，有效地降低了器件的串联电阻； 三、极性溶剂促进了PED0T:PSS薄层的垂直相分离，有效地增加了载流子传输效率，增大了器件的短路电流密度。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术所涉及的极性溶剂修饰的反型有机薄膜太阳能电池结构； 图2为溶剂挥发退火制备方法示意图。图中标记:1_衬底，2-透明导电阴极IT0，3-阴极缓冲层，4-光活性层，5-阳极缓冲层，6-极性溶剂缓冲层，7-金属阳极。【具体实施方式】: 下面结合附图1和2及具体实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的实施方式不限于以下实施例，在不脱离本专利技术宗旨的前提下做出的各种变化均属于本专利技术的保护范围之内。图2为溶剂挥发退火制备方法示意图，将所制备好的前级薄膜放入极性溶剂气氛中进行溶剂挥发退火，蒸发上一层极性溶剂缓冲层。图1是本专利技术所涉及的极性溶剂修饰的反型有机薄膜太阳能电池结构成示意图。如图1所示，该太阳能电池采用正型电池结构，从下到上依次为:衬底1，透明导电阴极ITO 2，阴极缓冲层3，光活性层4，阳极缓冲层5，极性缓冲层6，金属阳极7 ;所述极性缓冲层6质量百分比组成为:二甲亚砜95?97 %，乙醇3?5 %，其厚度范围为I?10 nm。所述阳极缓冲层6材料为PED0T:PSS，所述阳极缓冲层6厚度为15?50 nm ;所述光活性层4由质量比为1:20?5:1的电子给体材料P3HT与电子受体材料PCBM混合物的浓度为I?20 mg/ml的溶液制备而成,所述光活性层厚度为50?300 nm ;所述阴极缓冲层3材料为TPB1、BCP、Bphen、Alq3' ZnO或TiO2的一种或多种，其厚度为I?20 nm ;所述金属阳极7材料为Ag、Al或Cu，其厚度为100?300 nm ;所述衬底I材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。实施例1 (对比例): 清洗表面粗糙度小于I nm的由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板，然后用氮气吹干；在透明导电阴极HO表面旋转涂覆Zn0(5000 rpm, 40 s, 15 nm)，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
极性溶剂修饰的反型有机薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池为反型结构，从下到上依次为：衬底，透明导电阴极ITO，阴极缓冲层，光活性层，阳极缓冲层，极性溶剂缓冲层，金属阳极；所述极性溶剂缓冲层质量百分比组成为：二甲亚砜95～97 %，乙醇3～5 %，其厚度为1～10 nm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，郑毅帆，李曙光，钟建，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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