复合阳极缓冲层、聚合物太阳能电池及它们的制备方法技术

本发明专利技术涉及复合阳极缓冲层材料、聚合物太阳能电池及它们的制备方法。更具体地，本发明专利技术涉及一种复合阳极缓冲层及其制备方法，所述复合阳极缓冲层由GO层和表面改性剂TSA层构成，其中GO表示氧化石墨烯，TSA表示对甲苯磺酸；本发明专利技术还涉及包括这样的复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术的GO／TSA复合阳极缓冲层具有良好的透光性和载流子迁移率，其作为缓冲层材料不仅成本低，而且制备工艺简单。此外，使用这样的复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池的能量转换效率与使用目前常用的PEDOT:PSS(聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐))作为阳极缓冲层的电池效率相当或更佳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池领域，更具体地说，涉及一种复合阳极缓冲层、聚合物太阳能电池以及它们的制备方法。
技术介绍
随着科学技术日新月异地发展，机械化、电子化逐渐取代了手工劳作，然而，逐渐提高的生产力带来了新的问题:能源短缺。新能源的开发和利用成为了人类发展史中最重要的课题之一。太阳能拥有资源丰富、清洁环保并且取之不尽用之不竭等突出优点，因此太阳能成为替代传统能源的可再生能源的最佳选择。聚合物太阳能电池(polymer solar cell, PSC)由于具有成本低廉,制备工艺简单，低能耗，可制成柔性器件等优点成为继晶硅电池、半导体化合物薄膜电池后的第三代太阳能电池。1959年,首个有机太阳能电池问世,Kallmamm et al.制备了将光活性材料蒽夹在两个电极之间的单层电池，并获得了 200mV的开路电压，开启了有机太阳能电池研究之门。1986年邓青云博士研发出了双层异质结有机太阳能电池，以茈四羧酸衍生物和铜酞菁作为光活性材料，这种新结构的电池得到了约I %的能量转换效率，并揭示了两种有机材料的界面性质对电池光伏特性的有重要影响作用。随着近年来相关光伏材料和器件工艺的快速发展，目前可溶液加工的体相异质结聚合物太阳能电池的能量转换效率已达10.6%。然而，对于聚合物太阳能电池而言，要进一步提高能量转换效率，有几个关键问题仍有待解决。例如，在聚合物太阳能电池器件中，给体和受体都与电极直接接触，这导致了载流子的复合以及漏电流的产生。研究发现在透明导电阳极(ITO)上沉积一层具有阻挡电子和传输空穴作用的阳极缓冲层可以使上述不利因素最小化。阳极缓冲层一般为具有较大带隙的P-型半导体材料，V2O5和MoO3等无机材料都是良好的阳极缓冲层材料。然而无机阳极缓冲层需要采用真空沉积的方法制备，这种方法需要严格的制备工艺以及高昂的制备成本，同时也与聚合物太阳能电池的可溶液制备、可印刷的优势相矛盾。目前在聚合物太阳能电池中最为常用的阳极缓冲层材料是有机半导体材料PED0T:PSS(聚(3，4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐))，它可以通过溶液法制备，并且能够有效地降低ITO表面粗糙度，使P3HT和ITO更匹配，从而更有效地收集空穴。然而PED0T:PSS为分散在pH?I的水溶液中，其作为阳极缓冲层的最大缺点在于其水溶液呈酸性容易对ITO造成腐蚀，而且还容易使水经其扩散到活性层中，从而造成器件的效率的衰减。因此，开发出替代PED0T:PSS的新型阳极缓冲层材料对于聚合物太阳能电池的商品化具有重要的意义。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的专利技术人发现:石墨烯由于具有优异的电学、热学和力学性能，可在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用；而氧化石墨烯(GO)是一种含有环氧基、羟基、羧基等氧化基团的功能化石墨烯，易于通过化学法大量制备，具有优良的光学、电学和力学性能。因此，通过在GO表面涂覆一层合适的表面改性剂而形成GO /表面改性剂复合阳极缓冲层，其可以替代PED0T:PSS作为阳极缓冲层用于太阳能电池。基于此发现，形成了本专利技术。因此，本专利技术的一个目的是提供一种替代PED0T:PSS的复合阳极缓冲层，以及通过使用这样的复合缓冲层，提供一种低成本、高效率和/或制备工艺简单的聚合物太阳能电池。在一方面，本专利技术提供一种复合阳极缓冲层，其特征在于，所述复合阳极缓冲层由GO层和涂覆在所述GO层上的TSA层构成，其中GO表示氧化石墨烯，TSA表示表面改性剂对甲苯磺酸。在另一方面，本专利技术提供一种用于制备上述复合阳极缓冲层的方法，所述方法包括:通过将GO的溶液涂覆在透明导电阳极上并干燥以形成薄膜状的GO层；然后将TSA的溶液涂覆在所述GO层上以形成TSA层，从而得到由所述GO层和所述TSA层构成的复合阳极缓冲层。在一个优选实施方式中，所述GO的溶液是GO的水溶液，所述TSA溶液是TSA的乙醇溶液。在另一方面，本专利技术提供一种聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池包括:透明导电阳极；设置在所述透明导电阳极上的复合阳极缓冲层；设置在所述复合阳极缓冲层上的光活性层；以及设置在所述光活性层上的阴极，其特征在于，所述复合阳极缓冲层由GO层和涂覆在所述GO层上的TSA层构成，其中GO表示氧化石墨烯，TSA表示表面改性剂对甲苯磺酸。在一个优选实施方式中，所述光活性层由聚(3-己基噻吩)和6,6-苯基碳61 丁酸甲酯的混合物构成。在一个优选实施方式中，所述光活性层的厚度为80?lOOnm。在一个优选实施方式中，所述透明导电阳极由氧化铟锡构成，所述阴极由金属铝或钙构成。在另一方面，本专利技术提供一种用于制备上述聚合物太阳能电池的方法，所述方法包括:提供透明导电阳极，在所述透明导电阳极上涂覆GO的溶液并干燥以形成GO层，然后在所述GO层上涂覆TSA的溶液以形成TSA层，从而在所述透明导电阳极上形成由所述GO层和所述TSA层构成的复合阳极缓冲层；在所述复合阳极缓冲层上形成光活性层；以及在所述光活性层上形成阴极，从而得到所述聚合物太阳能电池。在一个优选实施方式中，所述GO溶液是GO的水溶液，所述TSA的溶液是TSA的乙醇溶液。在一个优选实施方式中，所述光活性层通过在所述复合阳极缓冲层上涂覆聚(3-己基噻吩)和6，6_苯基碳61 丁酸甲酯的混合物的氯苯、邻二氯苯或氯仿溶液而形成，所述阴极通过在所述光活性层上蒸镀或沉积作为阴极的金属而形成。本专利技术通过在氧化石墨烯GO层表面上涂覆一层合适的表面改性剂对甲苯磺酸TSA层而形成GO / TSA复合阳极缓冲层，以其作为阳极缓冲层来制备聚合物太阳能电池，可以起到替代现有的PED0T:PSS阳极缓冲层的作用。考虑到氧化石墨烯材料来源广泛、价格低廉、制备工艺简单等优点，再加上TSA材料价格低廉，而且通过本专利技术方法制备的GO /TSA复合阳极缓冲层具有较好的透光性和载流子迁移率，其作为复合阳极缓冲层不仅成本低，工艺简单，而且克服了 PED0T:PSS阳极缓冲层使用的溶液呈酸性易对电极造成破坏的缺点。此外，使用本专利技术这样的复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池的能量转化效率与使用PED0T:PSS的电池效率相当或更佳。【附图说明】图1为根据本专利技术一个实施方式的聚合物太阳能电池结构的示意图。图2为根据本专利技术的实施例及比较例制备的聚合物太阳能电池的伏安特性曲线。【具体实施方式】本专利技术提供一种新型复合阳极缓冲层和包含该复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池，以及它们的制备方法。更具体地，本专利技术的复合阳极缓冲层可以通过如下制备:在透明导电阳极上，涂覆(例如通过旋涂或浸溃)GO的溶液(优选GO的水溶液或N，N- 二甲基甲酰胺溶液)并干燥(例如在空气中风干或在平板加热器中加热烘干)以形成薄膜形式的GO层，然后在该GO层上涂覆(例如通过旋涂或浸溃)TSA的溶液(优选TSA的乙醇溶液，但也可以使用TSA的丙醇或异丙醇溶液等)，从而可以获得由GO层和TSA层构成的所需复合阳极缓冲层。所形成的复合阳极缓冲层可以从衬底上通过例如剥离而容易地获得。本专利技术的聚合物太阳能电池例如可以通过如下制备:在透明导电阳极上通过涂覆例如旋涂GO的溶液并在干燥后涂覆TSA的溶液而形成由GO层和TSA层组成的GO / TSA复合阳极缓冲层；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合阳极缓冲层，其特征在于，所述复合阳极缓冲层由GO层和涂覆在所述GO层上的TSA层构成，其中GO表示氧化石墨烯，TSA表示表面改性剂对甲苯磺酸。

【技术特征摘要】
1.一种复合阳极缓冲层，其特征在于，所述复合阳极缓冲层由GO层和涂覆在所述GO层上的TSA层构成，其中GO表示氧化石墨烯，TSA表示表面改性剂对甲苯磺酸。2.一种用于制备根据权利要求1中所述的复合阳极缓冲层的方法，所述方法包括: 通过将GO的溶液涂覆在透明导电阳极上并干燥以形成薄膜状的GO层；然后将TSA的溶液涂覆在所述GO层上以形成TSA层，从而得到由所述GO层和所述TSA层构成的复合阳极缓冲层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述GO的溶液是GO的水溶液，所述TSA溶液是TSA的乙醇溶液。4.一种聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池包括: 透明导电阳极； 设置在所述透明导电阳极上的复合阳极缓冲层； 设置在所述复合阳极缓冲层上的光活性层；以及 设置在所述光活性层上的阴极， 其特征在于，所述复合阳极缓冲层由GO层和涂覆在所述GO层上的TSA层构成，其中GO表示氧化石墨烯，TSA表示表面改性剂对甲苯磺酸。5.根据权利要求4所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述光活性层由聚(3-己基噻吩)和6，6_苯基碳61 丁酸甲酯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨上峰，曲抒旋，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34