一种基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚合物太阳能电池领域，特别公开了一种基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法。该聚合物太阳能电池，其特征在于：由下到上依次为带有OMO电极的柔性透明基底、聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层、非富勒烯体系光活性层、空穴缓冲层和阳极电极；氧化锌电子传输层上覆有聚乙二醇薄层。本发明专利技术通过聚乙二醇薄层的修饰，抑制了电子和空穴在氧化锌电子传输层表面的复合概率，提高了电荷的提取效率，同时提高电池器件的光电流和填充因子，最终提高电池器件的光电转化效率。

A polymer solar cell with flexible structure based on polyethylene glycol modified ZnO electron transport layer and its preparation method

The invention relates to the field of polymer solar cells, in particular to a polymer solar cell based on a polyethylene glycol modified zinc oxide electronic transmission layer to construct a flexible structure and a preparation method thereof. The polymer solar cell is characterized in that: from the bottom to the top, it is a flexible transparent substrate with an Omo electrode, a polyethylene glycol modified zinc oxide electron transport layer, a non fullerene system photo active layer, a hole buffer layer and an anode electrode; the zinc oxide electron transport layer is covered with a polyethylene glycol thin layer. Through the modification of polyethylene glycol thin layer, the invention inhibits the compound probability of electrons and holes on the surface of zinc oxide electronic transmission layer, improves the charge extraction efficiency, improves the photocurrent and filling factor of battery device, and finally improves the photoelectric conversion efficiency of battery device.

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法（一）
本专利技术涉及聚合物太阳能电池领域，特别涉及一种基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法。（二）
技术介绍
随着石化能源的枯竭与环境污染的日益严重，开发利用清洁可再生的能源迫在眉睫，其中太阳能清洁、可再生、便于就地利用，是各国研究的重点。太阳能电池是开发利用太阳能的核心设备，聚合物太阳能电池相比于无机太阳能电池具有质轻、制作工艺简单、廉价、可卷曲等优点，然而目前其光电转换效率和稳定性等问题仍然限制着其工业化生产。为追求高的光电转化效率，目前，聚合物太阳能电池多在硬的玻璃/氧化铟锡透明基底上构建，这虽然获得了较高的光电转换效率，但是与其所追求的质轻、可卷曲等优点相悖。因而，在柔性透明基底上构建聚合物太阳能电池更有意义。为了使光活性层和电极之间形成理想的欧姆接触，通常需要在光活性层和阴极之间插入电子传输层，在光活性层和阳极之间插入空穴传输层。电子传输层材料通常是ZnO、TiO2等透明氧化物半导体材料，然而ZnO作为电子传输层时，其表面缺陷容易造成电子和空穴的再复合，从而降低电荷的提取效率。为弥补其表面缺陷，通常采用化学合成的PFN或PFN-Br等界面修饰材料对其表面进行修饰，可以显著提高器件的光电转化性能。但是PFN、PFN-Br等材料合成步骤较多、较复杂，因而寻找可替代的廉价的界面修饰材料具有重要的意义。（三）
技术实现思路
本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种光吸收性能好、光电转化效率高的基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：由下到上依次为带有OMO电极的柔性透明基底、聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层、非富勒烯体系光活性层、空穴缓冲层和阳极电极；氧化锌电子传输层上覆有聚乙二醇薄层。本专利技术通过聚乙二醇薄层对氧化锌电子传输层的修饰，抑制了电子和空穴在氧化锌电子传输层表面的复合概率，提高了电荷的提取效率，最终使柔性电池器件获得较高的光电转换效率。本专利技术的更优技术方案为：所述柔性透明基底为PET薄膜。所述OMO电极为两氧化物层中间夹设金属层的三层结构电极，其中，所述金属层材料为Au、Ag或Cu，厚度为5-10nm；氧化物层的材料为半导体金属氧化物；OMO结构电极在可见光区保持较高光透过率的同时，保持较高的电荷传输效率。所述氧化锌电子传输层包括氧化锌纳米颗粒层和聚乙二醇薄层，其中，氧化锌纳米颗粒层的厚度为30nm，，氧化锌为颗粒状，粒径为4nm，聚乙二醇薄层的厚度为5-10nm。通过聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层对柔性电池器件结构进一步修饰，可以显著提高电子的提取和迁移效率。所述非富勒烯体系光活性层的厚度为100nm，其中，给体材料为中间带隙聚合物给体材料J71或J61，受体材料为非富勒烯稠环衍生物ITIC或ITIC-m，给体材料和受体材料的共混比例为1:1。所述空穴缓冲层的材料为MoO3，厚度为10nm；阳极电极的材料为Ag，厚度为100nm。上述聚合物太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：（1）通过磁控溅射法在柔性透明基底上溅射OMO阴极电极；（2）在OMO阴极电极上直接旋涂一层氧化锌薄层，在氧化锌薄层表面旋涂聚乙二醇乙醇溶液，然后于60℃下退火10min，形成聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层；（3）在氮气保护的手套箱中以1200-1400rpm的速度旋涂光活性层溶液60s；（4）在真空镀膜设备中，将10nm的MoO3和100nm的Ag阳极分别蒸镀到光活性层上，在真空≤5×10-4Pa下形成阳极。步骤（2）中，经液相还原法制得的氧化锌纳米颗粒经沉淀洗涤后，分散到体积比为60:35:5的正丁醇、甲醇、氯仿的混合溶液中，氧化锌薄层溶液的浓度为10mg/mL；聚乙二醇乙醇溶液的浓度为0.1-0.2mg/mL，聚乙二醇的分子量为4000-8000，在氧化锌薄层表面以3000rpm的速度旋涂聚乙二醇乙醇溶液。步骤（3）中，光活性层溶液为质量比为1:1的给体材料和受体材料在氯苯溶液中混合得到的聚合物共混溶液，其浓度为9-10mg/mL；聚合物共混溶液中还添加有1.5vol%的1,8-二碘辛烷。本专利技术通过聚乙二醇薄层的修饰，抑制了电子和空穴在氧化锌电子传输层表面的复合概率，提高了电荷的提取效率，同时提高电池器件的光电流和填充因子，最终提高电池器件的光电转化效率。（四）附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术的结构示意图;图2为本专利技术实施例1中聚乙二醇修饰和未修饰的聚合物太阳能电池的光伏特性曲线。图中，1柔性透明基底，2OMO电极，3氧化锌电子传输层，4非富勒烯体系光活性层，5空穴缓冲层，6阳极电极。（五）具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术的技术方案在于提供一种基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法，如附图1所示，电池结构包括柔性透明基底1，OMO电极2，聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层3，非富勒烯体系光活性层4，空穴缓冲层5，阳极电极6。本专利技术的柔性透明基底1是柔性的PET、PC等聚合物基底，作为柔性聚合物太阳能电池的基底，要求其在近紫外、可见光、近红外区范围内有较高的透过率，可以阻隔氧气和水，而且平整度较高。本专利技术的阴极电极是OMO电极2，为三层结构电极，其中氧化物为ZnO、TiO2等半导体金属氧化物，金属层为Au、Ag、Cu等，金属层厚度约为5-10nm，OMO电极2在可见光波长范围内保持较高光透过率的同时，同时保持较高的导电率。本专利技术的氧化锌电子传输层3由氧化锌纳米颗粒层、聚乙二醇薄层组成。其中，氧化锌纳米颗粒层的ZnO为颗粒状，尺寸约为4nm，氧化锌纳米颗粒层厚度约为30nm，聚乙二醇薄层厚度约为5-10nm。将一定浓度的聚乙二醇乙醇溶液，通过旋涂方法，在氧化锌纳米颗粒层上旋涂一层聚乙二醇薄层，低温退火。本专利技术的非富勒烯体系光活性层4由聚合物给体材料、非富勒烯受体材料混合而成。聚合物给体材料如J71、J61等，结构中具有不饱和结构，其带隙适中，与非富勒烯受体材料吸光互补，且能量匹配，可以吸收可见光产生激子。受体材料为非富勒烯稠环衍生物如ITIC、ITIC-m等，其相对于富勒烯受体材料具有能级可调，吸光范围宽，与给体材料共混稳定性好等优点，因此可以制作效率更高更稳定的柔性聚合物太阳能电池器件。本专利技术的空穴缓冲层5为MoO3，是在真空蒸镀设备中，通过蒸镀形成一层厚度约为10nm的空穴传输层。本专利技术的阳极电极6为Ag，其导电性好，功函数较高，稳定性较高。实施例1：基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：由下到上依次为带有OMO电极（2）的柔性透明基底（1）、聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层（3）、非富勒烯体系光活性层（4）、空穴缓冲层（5）和阳极电极（6）；氧化锌电子传输层（3）上覆有聚乙二醇薄层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：由下到上依次为带有OMO电极（2）的柔性透明基底（1）、聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层（3）、非富勒烯体系光活性层（4）、空穴缓冲层（5）和阳极电极（6）；氧化锌电子传输层（3）上覆有聚乙二醇薄层。


2.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述柔性透明基底（1）为PET薄膜。


3.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述OMO电极（2）为两无机氧化物层中间夹设金属层的三层结构电极。


4.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述氧化锌电子传输层（3）包括氧化锌纳米颗粒层和聚乙二醇薄层，其中，氧化锌纳米颗粒层的厚度为30nm，，氧化锌为颗粒状，粒径为4nm，聚乙二醇薄层的厚度为5-10nm。


5.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述非富勒烯体系光活性层（4）的厚度为100nm，其中，给体材料为中间带隙聚合物给体材料J71或J61，受体材料为非富勒烯稠环衍生物ITIC或ITIC-m，给体材料和受体材料的共混比例为1:1。


6.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述空穴缓冲层（5）的材料为MoO3，厚度为10nm；阳极电极（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈文飞，唐建国，王薇，王彦欣，王久兴，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37