一种双面有机光伏电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双面有机光伏电池，其结构特征包括：（1）以双面导电透明电极作为器件的衬底。（2）在衬底的两面可分别制备两个子电池。（3）双面导电透明电极的对电极至少有一面是透明、透光的。（4）两子电池可采用并联或串联方式组装成一个整体器件。该双面有机光伏器件结构可有效地避免子电池间电荷互穿效应所导致的电流损失，从而提高电池的光电转化效率。此外，该结构简单、便于制备，可以应用在光伏建筑一体化等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机光伏电池领域，具体涉及电池器件的结构设计及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着石化能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重，清洁的太阳能资源受到各国政府、企业和科研人员的重视。其中有机太阳能电池具有成本低、重量轻、可折叠便携、易制成柔性器件等突出优点，已成为当前的研究热点。柔性便携式特点使得有机太阳能电池可广泛地应用于太阳能背包、帐篷、可穿戴服饰等生活领域，是提高电脑和手机等电子信息产品续航能力的重要途径。此外，有机太阳能电池还可以应用于太阳能飞机、通讯设备等国防军工领域。有机太阳能电池可采用全溶液法制备，使得其可集成于建筑窗户、屋顶、外墙上，有助于光伏建筑一体化的实现，并具有很好的环境兼容性。尽管有机太阳能电池具有这些优势，但这类电池存在一个明显的缺点，那就是离实际应用所要求的转换效率(＞15％)仍有一定距离。因此，为了提高有机太阳能电池的光电转换效率，主要从新材料的合成、新结构的构筑和新工艺的开发等几个方面出发，探索有效提高电池效率的方法。这里从改善有机聚合物太阳能电池的器件结构出发，举例说明人们在这一方面的努力。多结叠层结构是提高有机光伏电池效率的重要手段，叠层结构中各子电池的电子给体材料具有不同的带隙吸收，能够大范围地拓宽对太阳光的吸收，从而有效地提高器件的光电转换效率。如，A.J.Heeger等(Science2007，317，222)利用PCPCTBT∶PCBM和P3HT∶PC70BM两光活性层组成串联的叠层电池，实现了对紫外、可见与近红外光的吸收，使的能量效率较单结电池有了很大的提高。再如Y.Yang等(Adv.Mater.，2014，26，5670)将P3HT、PDTP-DFBT、PTB7-Th三种聚合物分别与富勒烯衍生物组成串联的三结叠层电池，使器件效率可达到了11.55％。但多结叠层电池器件也存在一些不足，如制作工艺较为复杂，子电池间存在中间层易影响透光性与导电性，电池器件是串联结构时还要避免子电池间电荷互穿所导致的电流损失。因此，在叠层结构的基础上开发出结构简单、效率较高的有机光伏器件就显得十分的重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了简化叠层器件的制作过程，避免子电池间电荷互穿效应，提高器件的透光性，即专利技术了一种双面的的有机光伏器件结构。该结构不仅制作流程简单，且在同等制备条件下，双面的光伏器件的能量转化效率较单面的叠层电池效率有所提高。本专利技术采用的技术路线如下：(1)基体衬底的清洗：先将双面导电玻璃置于含有洗涤剂的自来水中超声清洗15分钟，再轻轻搓揉衬底的两面，让其表面充分的脱脂和去除灰尘等杂质；之后再将双面导电玻璃置于去离子水中超声清洗15分钟(两次)；然后分别将双面导电玻璃置于丙酮、无水乙醇、异丙醇溶液中超声清洗15分钟(各两次)。将清洗干净的片子置于干燥箱中备用。(2)根据子电池间的联接模式，在双面导电玻璃衬底表面制备不同性质的电荷传输层。如：当子电池采用并联模式时，可在衬底两面分别制备PEDOT∶PSS；而当子电池采用串联模式时，可在衬底的一面制备PEDOT∶PSS层，另一面制备ZnO薄膜层。(3)光活性层的制备：在上述(2)的基础上制备光活性层，如：当子电池按并联模式时，分别在两界面层(如PEDOT∶PSS等)上制备光活性层1和光活性层2，为了提高两活性层的相分离结构，可对活性层进行退火处理。而当子电池按并联模式时，可分别在两界面层上(如一面为PEDOT∶PSS，一面为ZnO，等)制备制备光活性层1和光活性层2，并可对活性层进行退火处理。此外，为了改善电荷的传输性能，同样可在光活性层上制备界面层(如氧化钼、氧化铜、氧化钴、氟化锂等)，之后再在界面层上制备电极。(4)纳米金属电极的制备：将金属纳米线导电墨水通过喷墨打印或涂布等工艺转移到光活性层或界面电荷传输层上，形成金属电极。附图说明图1为本专利技术电池结构图。图2为实施例1两子电池在并联连接模式下的器件性能。图3为实施例2两子电池在串联联连接模式下的器件性能。具体实施方式以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。实施例1根据上述
技术实现思路
，将双面ITO玻璃衬底清洗干净后，在其两面分别旋涂PEDOT∶PSS功能层(3000r/min，30s，并在120℃条件下处理20min)，然后在其两面上分别旋涂P3HT∶PCBM(质量比1∶1)和PCPCTBT∶PCBM(质量比1∶1，)活性层，旋涂条件分别为1000r/min，30s和1200r/min，20s。之后分别对两活性层进行溶剂蒸气退火处理。在活性层干之后，于两活性的层的表面分别制备纳米银线电极，制备工艺为涂布法。最后，将两子电极采用并联模式连接。通过IV性能测试发现，双面电池模式的器件效率为6.1％，测试结果由表一和图2所示。实施例2根据上述
技术实现思路
，将双面ITO玻璃衬底清洗干净后在其两面分别旋涂PEDOT∶PSS功能层(3000r/min，30s，并在120℃条件下处理20min)和ZnO层(3000r/min，30s，并在200℃条件下处理60min)，然后在ZnO上旋涂P3HT∶PCBM(质量比1∶1)，在PEDOT∶PSS层上旋涂PCPCTBT∶PCBM(质量比1∶1，)活性层，旋涂条件分别为1000r/min，30s和1200r/min，20s。之后，分别对两活性层进行溶剂蒸气退火处理。在活性层干之后，在P3HT∶PCBM层上真空蒸镀一层MoO3层，在MoO3层上真空蒸镀Ag电极。而在PCPCTBT∶PCBM上涂覆纳米银线电极。最后，将两子电极采用串联模式连接。通过IV性能测试发现，双面电池模式的器件效率为6.8％，其测试结果由表一和图3所示。表一开路电压(mV)短路电流(mA/cm2)填充因子(％)转换效率(％)实施例170714.89606.3实施例287011.52686.8注：测试时太阳光模拟器的功率为100mW/cm2。其中，光电转换效率采用如下公式计算：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双面有机光伏电池，包括：两子电池，分别由光活性层、界面层和电极组成；衬底，所述子电池分别制备在所述衬底的两面，衬底特征为双面导电透明玻璃。

【技术特征摘要】
1.一种双面有机光伏电池，包括：两子电池，分别由光活性层、界面层和电极组成；衬底，所述子电池分别制备在所述衬底的两面，衬底特征为双面导电透明玻璃。
2.根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于子电池间的连接方式为串联或者并联。
3.根据权利要求1、2所述双面有机光伏电池，其特征在于子电池的一面或者两面为透明。
4.根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于光活性层结构是双层异质结或是体相异质结。
5.根据权利要求1、2和3所述的双面有机光伏电池，其特征在于两光活性层的电子给体材料具有光学吸收互补性。
6.根据权利要求5所述双面有机光伏电池，其特征在于电子给体材料是共轭聚合物或是共轭小分子。
7.根据权利要求1和4所述双面有机光伏电池，其特征在于光活性层中电子受体材料是富勒烯及其衍生物、碳纳米管、二氧化钛、共轭聚合物或亚胺类等电子受体材料。
8.根据权利要求1所述双面有机光伏电池，其特征在于衬底是双面氧化铟锡(ITO)透明导电玻璃、双面掺氟二氧化锡(FTO)透明导电玻璃、双面掺铝氧化锌(AZO)透明导电玻璃、或者是双面镀透明薄层金属的玻璃衬底中的一种。
9.根据权利要求8所述双面有机光伏电池，其特征在于双面镀透...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡荣，程江，闫兴武，杨鑫，李璐，柳红东，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50