柔性有机太阳能电池制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性有机太阳能电池及其制备方法。本制备方法包括：(1)选取导电柔性基板作为衬底，刻蚀获得所需的电极图案；(2)将导电衬底固定在刚性基板上；(3)制备双层电子传输层结构的薄膜；(4)使用有机材料制备器件的活性层；(5)制备空穴传输层；(6)蒸镀顶电极，得到具有双层电子传输层结构的柔性有机光伏器件。本发明专利技术制备的双电子传输层结构柔性有机太阳能电池，不仅通过形成能级阶梯增强了载流子迁移效率，还能够提高所制薄膜的弯折特性。且其制备器件所需退火温度低，为实现柔性太阳能电池的低温制备提供了一种有效方法。能电池的低温制备提供了一种有效方法。能电池的低温制备提供了一种有效方法。

【技术实现步骤摘要】
柔性有机太阳能电池制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及一种柔性有机太阳能电池制备方法。

技术介绍

[0002]能源作为现代社会正常运作的必要保证，是人类生活不可或缺的一部分。目前人类消费的大部分能源来自于石油与煤炭，其造成的污染已经为我们人类的生存带来了严峻的挑战。人类社会所面临的现状使开发清洁可靠的可再生能源极为必要。在可再生能源中，太阳能因为具有无害，洁净，取之不尽、用之不竭等等特点一直受到广泛关注。然而，因为现有技术以及太阳能本身一些限制性条件，太阳能并没有被人类社会有效利用。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1％的太阳能转为电能，转变率5％，每年发电量就可达5.6
×
1012千瓦/小时。所以怎么将太阳能有效地利用起来，供人们直接使用和储存是发展当今太阳能事业的关键。
[0003]传统的无机太阳能电池因为具有较高的光电转换效率和稳定性已经被广泛应用于各个领域，但制造生产工艺复杂，材料成本高，不够环保等因素限制了无机太阳能电池的研究发展，开发制造成本低又环保的新型太阳能电池成为当今一大热点问题。渐渐地，有机材料进入了人们的视线中并有望为太阳能电池发展带来变革。有机电池技术中釆用的是有机材料，无毒且无重金属，对环境污染较低；材料合成以及器件制备过程有机太阳能电池比无机太阳能电池更加环保；有机太阳能电池制备工艺简单，并且可以实现大规模生产；聚合物太阳能电池具有柔性和轻量的特点，使有机太阳能电池可制备于柔性衬底上，使得应用领域空间更加广泛；聚合物太阳能电池在外观设计上也具有多样性，薄膜的大小、透明度以及颜色均可按需求选择。
[0004]柔性太阳能电池是一种将太阳能器件制作在柔性可拉伸基板上的新兴技术，柔性太阳能电池相较于传统电池器件具有更好的灵活性，能够在一定程度上适应不同的工作环境，满足设备的形变要求。但是相应的技术要求同样制约了柔性有机太阳能电池的发展。首先，柔性太阳能电池在不损坏本身电子性能的基础上的伸展性和弯曲性，对制作材料提出了新的挑战和要求；其次，柔性太阳能电池所使用的柔性衬底玻璃转化温度较低，热膨胀系数较大，故对制备条件要求较高，需要在较低温度环境下进行制备；最后，柔性太阳能器件的性能相对于传统的太阳能电池器件来说仍然不足，也是其发展的一大难题。只要能在一定程度上克服柔性太阳能电池的现有缺陷，必将会为太阳能电池方面的研究带来巨大贡献。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种柔性有机太阳能电池制备方法，所制备器件通过形成能级阶梯增强了载流子迁移效率，还能够提高所制薄膜的弯折特性。且其制备器件所需退火温度低，为实现柔性太阳能电池的低温制备提供了一种有效方法。
[0006]基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0007]一种柔性有机太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)选取导电柔性薄膜并进行刻蚀，得到带有所需电极图案的柔性导电衬底；
[0009](2)将步骤(1)中获得的柔性导电衬底固定在刚性基板上，并进行表面预处理；
[0010](3)在步骤(2)中处理得到的柔性导电衬底上使用旋涂法沉积第一种电子传输材料，并进行退火处理，冷却后得到第一层电子传输层；
[0011](4)在步骤(3)得到的第一层电子传输层上使用旋涂法沉积第二种电子传输材料，并进行退火处理，冷却后得到第二层电子传输层；
[0012](5)在步骤(4)得到的电子传输层上使用旋涂法沉积有机活性层材料，并进行退火处理，冷却后得到太阳能电池活性层；
[0013](6)在步骤(5)得到的活性层上使用蒸镀法沉积空穴传输材料，得到空穴传输层；
[0014](7)在步骤(6)得到的空穴传输层上使用蒸镀法沉积顶电极材料，即得到具有双层电子传输层结构的柔性有机太阳能电池；
[0015]进一步地，步骤(1)中所述的导电柔性基板包括柔性基板和透明电极，其中，
[0016]所诉柔性基板为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)中的一种；
[0017]所述透明电极选自氧化铟锡(ITO)、纳米银线(AgNWs)、银(Ag)中的一种。
[0018]进一步地，步骤(2)中所述的将导电柔性基板固定在刚性基板上的方式为使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)粘贴、使用高温胶带粘贴、使用双面胶粘贴中的一种。
[0019]进一步地，步骤(2)中所述的柔性基板预处理方式为紫外臭氧清洗处理(UVO)和等离子表面处理中的一种。
[0020]进一步地，步骤(3)中，旋涂转速为3000～4000rpm/min，旋涂时间为35～60s，旋涂厚度为10～20nm，退火温度为110～150℃，退火时间为10～20min；第一种电子传输材料为PEI
‑
Zn的溶胶凝胶，所述PEI
‑
Zn的溶胶凝胶是质量百分含量为5～15％的醋酸锌及质量百分含量为0.1％的聚乙烯亚胺(PEI)的2
‑
甲氧基乙醇溶液。
[0021]进一步地，步骤(4)中，旋涂转速为1000～2500rpm/min，旋涂时间为40～60s，旋涂厚度为15～25nm，退火温度为45～100℃，退火时间为15～40min；第二种电子传输材料为氧化锌纳米颗粒(ZnO
‑
nps)溶液，所述氧化锌纳米颗粒溶液是质量百分含量为5～10％的氧化锌纳米颗粒分散液的邻二甲苯溶液。其中的氧化锌纳米颗粒分散液为质量百分含量为40％的氧化锌纳米颗粒的乙醇溶液。氧化锌纳米颗粒粒径小于130nm。
[0022]进一步地，步骤(5)中所述的旋涂法沉积第二种电子传输材料，旋涂转速为2000～3500rpm/min，旋涂时间为50～60s，旋涂厚度为90～110nm，退火温度为90～110℃，退火时间为10～15min；步骤(5)中所述的活性层材料为有机给体材料PM6和有机受体材料Y6的共混溶液，所述PM6:Y6溶液是PM6:Y6材料为16mg/mL的氯仿溶液，使用时加入质量百分含量为0.5％的氯萘溶液。其中有机给体材料PM6与有机受体材料Y6的质量比为1：1.2；
[0023]有机给体材料PM6为聚[[4,8
‑
二[5
‑
(2
‑
乙基己基)
‑4‑
氟
‑2‑
噻吩并]苯并[1,2
‑
b:4,5
‑
b
′
]二噻吩
‑
2,6
‑
二基]‑
2,5
‑
噻吩二基[5,7
‑
二(2
‑
乙基己基)
‑
4,8
‑
二氧
‑
4H,8H
‑
苯并[1,2
‑
c:4,5
‑
c
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性有机太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取导电柔性薄膜并进行刻蚀，得到带有所需电极图案的柔性导电衬底；(2)将步骤(1)中获得的柔性导电衬底固定在刚性基板上，并进行表面预处理；(3)在步骤(2)中处理得到的柔性导电衬底上使用旋涂法沉积第一种电子传输材料，并进行退火处理，冷却后得到第一层电子传输层；(4)在步骤(3)得到的第一层电子传输层上使用旋涂法沉积第二种电子传输材料，并进行退火处理，冷却后得到第二层电子传输层；(5)在步骤(4)得到的第二层电子传输层上使用旋涂法沉积有机活性层材料，并进行退火处理，冷却后得到太阳能电池活性层；(6)在步骤(5)得到的活性层上使用蒸镀法沉积空穴传输材料，得到空穴传输层；(7)在步骤(6)得到的空穴传输层上使用蒸镀法沉积顶电极材料，即得到具有双层电子传输层结构的柔性有机太阳能电池。2.根据权利要求1所述的柔性有机太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的柔性导电衬底包括柔性基板和透明电极，其中：所诉柔性基板为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚酰亚胺(PI)中的任意一种；所述透明电极选自氧化铟锡(ITO)、纳米银线(AgNWs)和银(Ag)中的任意一种。3.根据权利要求1所述的柔性有机太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的将柔性导电衬底固定在刚性基板上的方式为使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)粘贴、高温胶带粘贴和双面胶粘贴中的任意一种。4.根据权利要求1所述的柔性有机太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述柔性导电衬底预处理方式为紫外臭氧清洗处理(UVO)和等离子表面处理中的一种。5.根据权利要求1所述的柔性有机太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤(3)中，旋涂法沉积的旋涂转速为3000～4000rpm/min，旋涂时间为35～60s，旋涂厚度为10～20nm，退火温度为110～150℃，退火时间为10～20min；所述第一种电子传输材料为P...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇杰，李克强，谭桂林，钟建，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：