一种非共轭离子型聚合物太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于聚合物太阳电池技术领域，特别涉及一种非共轭离子型聚合物太阳电池及其制备方法。本发明专利技术所提供的正向结构聚合物太阳电池，包括依次层叠的衬底、透明导电金属氧化物电极层、阳极修饰层、光电活性层、阴极修饰层和金属电极层；反向结构聚合物太阳电池，包括依次层叠的衬底、透明导电金属氧化物电极层、阴极修饰层、光电活性层、阳极修饰层和金属电极层。其中，所述阳极修饰层为Nafion。可采用旋涂法制备阳极修饰层，将其引入聚合物太阳能电池中，实现了空穴的有效收集和传输，大幅提升在聚合物太阳能电池中的稳定性和适用性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于聚合物太阳电池
，特别涉及。本专利技术所提供的正向结构聚合物太阳电池，包括依次层叠的衬底、透明导电金属氧化物电极层、阳极修饰层、光电活性层、阴极修饰层和金属电极层；反向结构聚合物太阳电池，包括依次层叠的衬底、透明导电金属氧化物电极层、阴极修饰层、光电活性层、阳极修饰层和金属电极层。其中，所述阳极修饰层为Nafion。可采用旋涂法制备阳极修饰层，将其引入聚合物太阳能电池中，实现了空穴的有效收集和传输，大幅提升在聚合物太阳能电池中的稳定性和适用性。【专利说明】
本专利技术属于聚合物太阳电池
，特别涉及。
技术介绍
近年来兴起的有机聚合物薄膜太阳电池依靠其材料合成和器件制作成本低廉、功能和结构易于调制、良好柔韧性和成膜性、制作工艺简单等众多优点而备受关注。在传统正向结构本体异质结聚合物太阳电池中，由于阳极ITO的功函较低(4.7eV)，不能与大多数共轭聚合物光伏材料的最高占据分子轨道能级(5.0eV左右)匹配，常用PED0T:PSS做为阳极修饰层以提高阳极的功函，从而增加空穴的收集能力。但是，在传统正向结构聚合物太阳能电池结构中PED0T:PSS会腐蚀与之接触的ΙΤ0，降低器件的稳定性和寿命。在反向结构聚合物太阳能电池结构中PED0T:PSS也很难附着在大部分光电活性层表面，导致界面接触不良，电池效率下降。新型质子导电聚合物Nafion(四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物)拥有良好的空穴收集和传输能力，化学性能稳定，全氟化的带有C-F键的碳链骨架使得Nafion在各种化学条件下的稳定性大大优于相应的含有C-H键的碳链骨架的PED0T:PSS，同时不会腐蚀ITO，C-F键的碳链骨架更容易在有机聚合物表面附着。因此，采用Nafion替代PED0T:PSS作为阳极修饰层，可大幅提升其在聚合物太阳能电池中的稳定性和电池的通用性。Nafion，是一种由四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物，易溶于水-乙醇、水-异丙醇共混溶液，溶液为无色液体。140°C固化成形。常用于质子交换膜燃料电池、固体酸催化材料等。分子式C7HF13O5S.C2F4，其结构如图1所示。
技术实现思路
针对现有阳极修饰材料的不足，本专利技术提供了。一种非共轭离子型聚合物太阳电池，所述聚合物太阳电池为正向结构聚合物太阳电池或反向结构聚合物太阳电池；所述正向结构聚合物太阳电池中，衬底、透明导电金属氧化物电极层、阳极修饰层、光电活性层、阴极修饰层和金属电极层顺次相连；所述反向结构聚合物太阳电池中，衬底、透明导电金属氧化物电极层、阴极修饰层、光电活性层、阳极修饰层和金属电极层顺次相连；所述阳极修饰层的材质为Nafion(四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙稀基酿的共聚物)I吴材料。所述Nafion膜的厚度为2nm?IOOnm。一种非共轭离子型聚合物太阳电池的制备方法，所述正向结构聚合物太阳电池的制备方法如下:a.在衬底上制备透明导电金属氧化物电极层作为聚合物太阳电池的阳极；b.在透明导电金属氧化物电极层上旋涂Nafion与溶剂共混溶液，经低温烘干和高温烘烤固化分步处理，得到阳极修饰层；C.在阳极修饰层上依次制备光电活性层、阴极修饰层和金属电极层，得到所述正向结构聚合物太阳电池；所述反向结构聚合物太阳电池的制备方法如下:a.在衬底上制备透明导电金属氧化物电极层作为聚合物太阳电池的阴极；b.在透明导电金属氧化物电极层上依次制备阴极修饰层、光电活性层；c.光电活性层上旋涂Nafion与溶剂共混溶液，经低温烘干和高温烘烤固化分步处理，得到阳极修饰层；d.在阳极修饰层上制备金属电极层，得到所述反向结构聚合物太阳电池。在制备过程中，主要利用溶液的浓度来控制Nafion膜的厚度，所述Nafion与溶剂共混溶液中Nafion的浓度为0.1wt%?5wt%。所述Nafion与溶剂共混溶液的溶剂为乙醇、异丙醇、水和低脂肪醇中的一种或多种。所述Nafion与溶剂共混溶液的旋涂转速为800rpm?5000rpm。所述低温烘干的温度为20°C?100°C。所述高温烘烤固化的温度为130°C?250°C。所述低温烘干和高温烘烤固化的时间分别为I分钟到48小时。本专利技术的有益效果为:本专利技术用新型质子导电聚合物Nafion替代PEDOT: PSS作为聚合物太阳能电池的阳极修饰材料，提高了 ITO的功函，实现了空穴的高效收集。并且，Nafion拥有良好的空穴传输能力，化学性能稳定，全氟化的带有C-F键的碳链骨架使得Nafion在各种化学条件下的稳定性大大优于相应的含有C-H键的碳链骨架的PED0T:PSS不会腐蚀ΙΤ0。此外，C-F键的碳链骨架更容易在有机聚合物表面附着。因此，采用Nafion替代PED0T:PSS作为阳极修饰层，可大幅提升其在聚合物太阳能电池中的稳定性和电池的通用性。【专利附图】【附图说明】图1 为 Nafion 结构图，其中:x = 6 ?7，y ?1000，z = 1，2 或 3 ;图2为本专利技术正向结构聚合物太阳电池结构示意图；图3为本专利技术反向结构聚合物太阳电池结构示意图；图4 为本专利技术实施例1 所得 ITO/Nafion (100 V ) /P3HT: PC60BM/Ca/Al 的电流-电压特性曲线；图5 为本专利技术实施例 2 所得 ITO/Nafion (150 °C ) /P3HT: PC60BM/Ca/Al 的电流-电压特性曲线；图6 为本专利技术实施例 3 所得 ITO/Nafion (200 V ) /P3HT: PC60BM/Ca/Al 的电流-电压特性曲线；图7 为本专利技术实施例 4所得 IT0/TIPD/P3HT:PC6QBM/Nafion(10(rC )/Α1 的电流-电压特性曲线；图8 为本专利技术实施例 5 所得 IT0/TIPD/P3HT:PC6QBM/Nafion(15(rC )/Α1 的电流-电压特性曲线；图中标号:1-衬底、2-透明导电金属氧化物电极层、3-阳极修饰层、4-光电活性层、5-阴极修饰层、6-金属电极层。【具体实施方式】本专利技术提供了，下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术做进一步说明。一种非共轭离子型聚合物太阳电池，所述聚合物太阳电池为正向结构聚合物太阳电池或反向结构聚合物太阳电池；所述正向结构聚合物太阳电池中，衬底1、透明导电金属氧化物电极层2、阳极修饰层3、光电活性层4、阴极修饰层5和金属电极层6顺次相连；所述反向结构聚合物太阳电池中，衬底1、透明导电金属氧化物电极层2、阴极修饰层5、光电活性层4、阳极修饰层3和金属电极层6顺次相连；所述阳极修饰层3的材质为Nafion(四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物)膜材料。所述Nafion膜的厚度为2nm?IOOnm。实施例1将溅射有氧化铟锡(ITO)的透明导电玻璃衬底I依次用洗洁精、自来水、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗2次，氮气吹干，将清洗后的溅射有氧化铟锡(ITO)的透明导电玻璃衬底I在紫外臭氧表面处理设备(UVO)中进行处理，在IOOOrpm的转速下，在氧化铟锡(ITO)上旋涂Nafion的质量分数为0.25%的Nafion的水-乙醇(水和乙醇的体积比为I:1)溶液，在空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非共轭离子型聚合物太阳电池，其特征在于：所述聚合物太阳电池为正向结构聚合物太阳电池或反向结构聚合物太阳电池；所述正向结构聚合物太阳电池中，衬底(1)、透明导电金属氧化物电极层(2)、阳极修饰层(3)、光电活性层(4)、阴极修饰层(5)和金属电极层(6)顺次相连；所述反向结构聚合物太阳电池中，衬底(1)、透明导电金属氧化物电极层(2)、阴极修饰层(5)、光电活性层(4)、阳极修饰层(3)和金属电极层(6)顺次相连；所述阳极修饰层(3)的材质为Nafion膜材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭占鳌，侯旭亮，孙刚，屠逍鹤，林俊，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11