專(zhuān)利名稱(chēng)：一種聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層的處理 方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是人類(lèi)未來(lái)最理想的能源，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)能電池是目前各國(guó) 研究的一個(gè)熱點(diǎn)。聚合物太陽(yáng)能電池具有價(jià)格低廉、柔性、易于加工、可大面積制備等優(yōu)點(diǎn)。聚合物太陽(yáng)能電池一般由陽(yáng)極電極、光電活性層、陰極電極組成，其中光電活性層 對(duì)太陽(yáng)能輻射光譜的吸收和載流子的分離、傳輸效率決定了聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化 效率。聚合物太陽(yáng)能電池的光電活性層由電子給體和電子受體組成，電子給體一般為具有 良好的光電性能的共軛聚合物，常用的電子給體有(6(|、[6，6]-(61-苯基丁酸甲酯(PCBM)等。 共軛聚合物聚(3-己基)噻吩(P3HT)和C6tl的復(fù)合薄膜有著優(yōu)異的性能，成為目前最有前 途的聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層材料之一，但是此類(lèi)活性材料的光電轉(zhuǎn)換效率還不高， 難以滿(mǎn)足實(shí)際需要。進(jìn)一步提高聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率是其獲得大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用 的前提。提高光電活性層中共軛聚合物的結(jié)晶程度能夠改善聚合物的光吸收性能，在活性 層中構(gòu)建電子給體和受體的納米尺度的三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效提高載流子分離、傳輸 效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種處理聚合物太陽(yáng)能電池的光電活性層的方法。本發(fā)明所提供的處理聚合物太陽(yáng)能電池的光電活性層的方法，包括如下步驟將 聚合物太陽(yáng)能電池的光電活性層暴露于氯仿和/或鄰二氯苯的蒸汽中，保持0. 1-20小時(shí)。 所述保持時(shí)間可為2-18小時(shí)、4-16小時(shí)、5-10小時(shí)、7_9小時(shí)。所述光電活性層可由質(zhì)量比為1 (0.6-1.2)的3-己基噻吩的聚合物和C6tl單質(zhì) 組成。所述3-己基噻吩的聚合物與所述C6tl單質(zhì)的質(zhì)量比優(yōu)選為1 (0.8-1)。所述3-己基噻吩的聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示，其數(shù)均分子量可為 10000-300000Da。 所述光電活性層的厚度一般為50nm-200nm，優(yōu)選為80-110nm。
所述蒸汽最好為飽和的。上述處理方法在空氣中進(jìn)行即可，在還原氣體氣氛中進(jìn)行也可。上述處理方法是在制備聚合物太陽(yáng)能電池過(guò)程中，制備光電活性層時(shí)進(jìn)行的。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備聚合物太陽(yáng)能電池的方法。本發(fā)明所提供的制備聚合物太陽(yáng)能電池的方法，包括如下步驟制備電極、制備光
3電活性層、按照上述任一所述方法處理光電活性層。其中制備電極包括制備ITO電極和金屬電極。一般還可以包括對(duì)陽(yáng)極電極進(jìn)行 修飾的步驟，修飾的方法具體可為在陽(yáng)極電極表面涂一層聚噻吩衍生物摻雜聚苯乙烯磺酸 (PED0T:PSS)。由上述制備方法得到的聚合物太陽(yáng)能電池也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的處理方法中，在氯仿飽和蒸汽的作用下，3-己基噻吩的聚合物(P3HT)和 C60結(jié)晶度均有提高，形成C6tl分子聚集的納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)；在鄰二氯苯飽和蒸汽作用下，僅3-己 基噻吩的聚合物的結(jié)晶度提高得到納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)。兩種溶劑蒸汽都能夠改善光電活性層的結(jié) 晶程度，并在光電活性層中形成P3HT和C6tl的三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善了光電活性層的光吸 收性能和載流子傳輸性能，能夠有效提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。采用模擬太陽(yáng)光光 源(AM 1.5)照射，在室溫下對(duì)本發(fā)明得到的電池進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下用氯仿飽和蒸汽處 理2、5、7、10小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 26%,0. 54%,0. 74%,0. 58% ；用 鄰二氯苯飽和蒸汽處理2、7、10小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 36%、0. 44%、 0.65%。另外，本發(fā)明方法中使用的是C6tl單質(zhì)，比C6tl衍生物(如PCBM)成本低得多，從而 大大降低了太陽(yáng)能電池的成本，使其更適合于推廣使用，而且本方法工藝簡(jiǎn)單，活性層的結(jié) 晶程度和形貌可以通過(guò)溶劑蒸汽的種類(lèi)和處理時(shí)間來(lái)控制。所以本發(fā)明方法更利于大規(guī)模 工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為實(shí)施例1所述條件制備的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層(處理5小時(shí))的透 射電子顯微照片和選區(qū)電子衍射照片。圖2為實(shí)施例2所述條件制備的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層(處理5小時(shí))的透 射電子顯微照片和選區(qū)電子衍射照片。圖3為在氯仿飽和蒸汽中處理不同時(shí)間后得到的聚合物太陽(yáng)能電池活性層的紫 外-可見(jiàn)吸收光譜。圖4為在鄰二氯苯飽和蒸汽中處理不同時(shí)間后得到的聚合物太陽(yáng)能電池活性層 的紫外-可見(jiàn)吸收光譜。圖5為將在不同溶劑的飽和蒸汽中處理不同時(shí)間后得到的聚合物太陽(yáng)能電池活 性層蒸鍍Al電極后的電池光電轉(zhuǎn)化效率。A表示氯仿，B表示鄰二氯苯。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。下述實(shí)施例中所使用的3-己基噻吩的聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示，其數(shù)均分子量 為34500。購(gòu)自阿法埃莎公司，產(chǎn)品目錄號(hào)為44745。 PED0T:PSS 購(gòu)自 bayer 公司，產(chǎn)品型號(hào)為 Baytron-P 4083。C60購(gòu)自阿法埃莎公司，產(chǎn)品目錄號(hào)為42007。
實(shí)施例1、制備太陽(yáng)能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽(yáng)能電池的制備(一)制備陽(yáng)極電極1、制備陽(yáng)極電極先將氧化銦錫(ITO)玻璃上的ITO光刻成2mm寬、15mm長(zhǎng)的電極，將刻蝕好的具有 一定寬度的細(xì)條狀I(lǐng)TO導(dǎo)電玻璃清洗干凈并烘干。2、陽(yáng)極電極的修飾將干凈的ITO導(dǎo)電玻璃放置在旋涂機(jī)的支架上，在氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃旋涂一 層聚噻吩衍生物摻雜聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)，旋涂得到的PEDOT PSS薄膜厚度為25nm。 再放入120°C烘箱內(nèi)，加熱30分鐘。(二)制備光電活性層1、制備配置3-己基噻吩的聚合物(P3HT)和C6tl的質(zhì)量比為1 1的鄰二氯苯溶液，P3HT 的濃度為15mg/mL，將充分?jǐn)嚢韬蟮娜芤盒吭赑ED0T:PSS修飾的陽(yáng)極電極上，旋涂得到的 P3HT/C6Q活性層薄膜厚度為llOnm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入氯仿，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架 上，使樣品暴露在氯仿的飽和蒸汽里且不與液態(tài)氯仿溶劑接觸，保持暴露時(shí)間為0. 5、1、2、 3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等，上述操作均在空氣中進(jìn)行。再將樣品取出，真空干燥 (除去氯仿溶劑)。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)將上述制備的樣品放入真空鍍膜機(jī)，蒸鍍鋁電極，鋁電極的厚度為lOOnm。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 ITO/PEDOT:PSS(25nm)/P3HT:C6tl(IlOnm)/ Al (IOOnm)的聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽(yáng)能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)采用高分辨透射電子顯微鏡，觀測(cè)氯仿溶劑蒸汽處理過(guò)的聚合物太陽(yáng)能電池光電 活性層的結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。用氯仿蒸汽處理5小時(shí)的光電活性層的結(jié)果如圖1所示， 可以看到歸屬于C6tl結(jié)晶的衍射點(diǎn)和歸屬于P3HT的(020)晶面的外衍射環(huán)。表明經(jīng)過(guò)氯仿 蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 C6tl結(jié)晶和P3HT結(jié)晶，圖中的黑色線(xiàn)狀結(jié)構(gòu)為C6tl結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)采用紫外_可見(jiàn)光譜儀檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果如圖3所示(實(shí)驗(yàn)組為不同處理時(shí)間的各組)。表明用氯 仿蒸汽處理0. 5-20h不同時(shí)間后，與對(duì)照組相比，P3HT結(jié)晶度均提高，導(dǎo)致在450-600nm處 的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層對(duì)太陽(yáng)光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1. 5的 輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。電池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元記錄 電流-電壓曲線(xiàn)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到電池的光電轉(zhuǎn)化效率。光電轉(zhuǎn)化效率的計(jì)算公式I = 輸出能量 / 入射能量 X 100VocX IscXFF/(0. 0100X0. 04) X 100%，式中，ne 為光電 轉(zhuǎn)化效率，Voc為開(kāi)路電壓，Isc為短路電流，F(xiàn)F為填充因子。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果如圖5所示。處理2、5、7、10、20小時(shí)的光 電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 26%,0. 54%,0. 74%,0. 58%,0. 18%，開(kāi)路電壓依次為 0. 46V、0. 43V、0. 44V,0. 40V,0. 39V，短路電流依次為 8. 1Χ1(Γ6Α、15. 3 X IO-6A,22. 5 X IO-6A, 17. 2 X IO-6A,6. 5Χ10_6Α，填充因子依次為 0. 28,0. 33,0. 30,0. 34,0. 29。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 15%、開(kāi)路電壓為0. 42V、短路電流 為4. 8 X 10、、填充因子為0. 30。實(shí)施例2、制備太陽(yáng)能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽(yáng)能電池的制備(一)制備陽(yáng)極電極1、制備陽(yáng)極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽(yáng)極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制Ρ3ΗΤ和C6tl的混合溶液，混合溶液中Ρ3ΗΤ和C6tl的質(zhì)量比為1 1， Ρ3ΗΤ在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為llOnm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入鄰二氯苯，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于 支架上，使樣品暴露在鄰二氯苯的飽和蒸汽里且不與液態(tài)鄰二氯苯溶劑接觸，保持暴露時(shí) 間為1、2、3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等。再將樣品取出，真空干燥(除去鄰二氯苯溶 劑)。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 ITO/PEDOT:PSS(25nm)/P3HT:C6tl(IlOnm)/ Al (IOOnm)的聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽(yáng)能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。用鄰二氯苯蒸汽處理5小時(shí)的光電活性層的結(jié)果如圖2所示，可以看到歸屬于 P3HT的(020)晶面的外衍射環(huán)。表明經(jīng)過(guò)鄰二氯苯蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 P3HT結(jié)晶，圖中的黑色線(xiàn)狀結(jié)構(gòu)為P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果如圖4所示(實(shí)驗(yàn)組為不同處理時(shí)間的各組)。表明用鄰 二氯苯蒸汽處理l_20h不同時(shí)間后，與對(duì)照組相比，P3HT結(jié)晶度提高，導(dǎo)致在460-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層對(duì)太陽(yáng)光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果如圖5所示。處理2、7、10、20小時(shí)的光電 活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 36%,0. 44%,0. 65%,0. 66%。開(kāi)路電壓依次為0. 43V、 0. 41V、0. 40V、0. 40V,短路電流依次為 9. 2Χ1(Γ6Α、12· 4Χ1(Γ6Α、18· 2X 1(Γ6Α、17. 9X 1(Γ6Α， 填充因子依次為0. 36,0. 35,0. 36,0. 37。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 15%、開(kāi)路電壓為0. 42V、短路電流 為4. 8 X 10、、填充因子為0. 30。實(shí)施例3、制備太陽(yáng)能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽(yáng)能電池的制備(一)制備陽(yáng)極電極1、制備陽(yáng)極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽(yáng)極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制Ρ3ΗΤ和C6tl的混合溶液，混合溶液中Ρ3ΗΤ和C6tl的質(zhì)量比為 1 0. 8，Ρ3ΗΤ在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為80nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入氯仿，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架 上，使樣品暴露在氯仿的飽和蒸汽里且不與液態(tài)氯仿溶劑接觸，保持暴露時(shí)間為0. 5、1、2、 3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等，將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T PSS (25nm) /P3HT C60 (80nm) / Al (IOOnm)的聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽(yáng)能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過(guò)氯仿蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 C6tl結(jié)晶和P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用氯仿蒸汽處理0. 5_20h不同時(shí)間 后，P3HT結(jié)晶度均提高，導(dǎo)致在450-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽(yáng)能電池 光電活性層對(duì)太陽(yáng)光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、4、6、8、10小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 21 %、0. 48%、0. 58%,0. 51%,0. 33%。開(kāi)路電壓依次為 0. 38V、0. 33V、0. 33V,0. 31V,0. 29V，短路電流依次 為 8. 1Χ1(Γ6Α、17· 3 X IO-6A,20. 2Χ1(Γ6Α、19· 5Χ 1(Γ6Α、13. 9Χ 1(Γ6Α，填充因子依次為 0. 27、 0. 34、0· 35、0· 34、0· 33。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 12%、開(kāi)路電壓為0. 37V、短路電流 為4. 6 X 10、、填充因子為0. 28。實(shí)施例4、制備太陽(yáng)能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽(yáng)能電池的制備(一)制備陽(yáng)極電極1、制備陽(yáng)極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽(yáng)極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制Ρ3ΗΤ和C6tl的混合溶液，混合溶液中Ρ3ΗΤ和C6tl的質(zhì)量比為 1 0. 8，Ρ3ΗΤ在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為80nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入鄰二氯苯，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于 支架上，使樣品暴露在鄰二氯苯的飽和蒸汽里且不與液態(tài)鄰二氯苯溶劑接觸，保持暴露時(shí) 間為1、2、3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等。將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理 的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2，結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T PSS (25nm) /P3HT C60 (80nm) / Al (IOOnm)的聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽(yáng)能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過(guò)鄰二氯苯蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí) 驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用鄰二氯苯蒸汽處理l_20h不同時(shí)間后，P3HT結(jié) 晶度提高，導(dǎo)致在460-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層 對(duì)太陽(yáng)光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)結(jié)果處理2、4、6、8、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0.26%、 0. 38 %,0. 40 %,0. 43 %,0. 50 %,0. 48 %。開(kāi)路電壓依次為 0. 41V、0. 37V、0. 33V,0. 33V、 0. 31V,0. 32V,短路電流依次為 7· 6Χ1(Γ6Α、12· 3Χ1(Γ6Α、14· 1Χ1(Γ6Α、15· 8Χ1(Γ6Α、20. 2X10_6A、17. 6X10_6A，填充因子依次為 0. 33,0. 33,0. 34,0. 33,0. 32,0. 34。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 12%、開(kāi)路電壓為0. 37V、短路電流 為4. 6 X 10、、填充因子為0. 28。實(shí)施例5、制備太陽(yáng)能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽(yáng)能電池的制備(一)制備陽(yáng)極電極1、制備陽(yáng)極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽(yáng)極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制P3HT和C6tl的混合溶液，混合溶液中P3HT和C6tl的質(zhì)量比為 1 0. 6，P3HT在溶液中的濃度為30mg/mL,薄膜厚度為200nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入氯仿，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架 上，使樣品暴露在氯仿的飽和蒸汽里且不與液態(tài)氯仿溶劑接觸，保持暴露時(shí)間為0. 5、1、2、 3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等，將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T:PSS(25nm)/P3HT:C6tl(200nm)/ Al (IOOnm)的聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽(yáng)能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過(guò)氯仿蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 C6tl結(jié)晶和P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用氯仿蒸汽處理0. 5_20h不同時(shí)間 后，P3HT結(jié)晶度均提高，導(dǎo)致在450-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽(yáng)能電池 光電活性層對(duì)太陽(yáng)光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 18%,0. 29%, 0. 16%。開(kāi)路電壓依次為 0. 29V、0. 28V、0. 28V，短路電流依次為 8. 3Χ1(Γ6Α、13· 4X ICT6A、 8. 8Χ10_6Α，填充因子依次為 0. 30,0. 31,0. 26。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 10%、開(kāi)路電壓為0. 28V、短路電流 為5. 2Χ1(Γ6Α、填充因子為0. 27。實(shí)施例6、制備太陽(yáng)能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽(yáng)能電池的制備
(一)制備陽(yáng)極電極1、制備陽(yáng)極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽(yáng)極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制P3HT和C6tl的混合溶液，混合溶液中P3HT和C6tl的質(zhì)量比為 1 0. 6，P3HT在溶液中的濃度為30mg/mL,薄膜厚度為200nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入鄰二氯苯，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于 支架上，使樣品暴露在鄰二氯苯的飽和蒸汽里且不與液態(tài)鄰二氯苯溶劑接觸，保持暴露時(shí) 間為1、2、3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等。將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理 的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T:PSS(25nm)/P3HT:C6tl(200nm)/ Al (IOOnm)的聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽(yáng)能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過(guò)鄰二氯苯蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí) 驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用鄰二氯苯蒸汽處理l_20h不同時(shí)間后，P3HT結(jié) 晶度提高，導(dǎo)致在460-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層 對(duì)太陽(yáng)光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 23%、0. 31%、 0. 33% ο開(kāi)路電壓依次為0. 27V、0. 29V、0. 27V，短路電流依次為10. 3X 10、、12. 6X 10、、 15. 3X10_6A，填充因子依次為 0. 33,0. 34,0. 32。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 10%、開(kāi)路電壓為0. 28V、短路電流 為5. 2Χ1(Γ6Α、填充因子為0. 27。實(shí)施例7、制備太陽(yáng)能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽(yáng)能電池的制備(一)制備陽(yáng)極電極1、制備陽(yáng)極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽(yáng)極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層
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1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制P3HT和C6tl的混合溶液，混合溶液中P3HT和C6tl的質(zhì)量比為 1 1.2, P3HT在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為50nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入氯仿，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架 上，使樣品暴露在氯仿的飽和蒸汽里且不與液態(tài)氯仿溶劑接觸，保持暴露時(shí)間為0. 5、1、2、 3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等，將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T PSS (25nm) /P3HT C60 (50nm) / Al (IOOnm)的聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽(yáng)能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過(guò)氯仿蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 C6tl結(jié)晶和P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用氯仿蒸汽處理0.5_20h不同時(shí)間 后，P3HT結(jié)晶度均提高，導(dǎo)致在450-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽(yáng)能電池 光電活性層對(duì)太陽(yáng)光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 14%,0. 17%, 0. 13%。開(kāi)路電壓依次為0. 37V、0. 37V、0. 35V，短路電流依次為6. 6X 1(Γ6Α、8. 4X 10、、 7. 4Χ10_6Α，填充因子依次為 0. 23,0. 22,0. 20。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 09%、開(kāi)路電壓為0. 34V、短路電流 為4. 2X 10、、填充因子為0. 25。實(shí)施例8、制備太陽(yáng)能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽(yáng)能電池的制備(一)制備陽(yáng)極電極1、制備陽(yáng)極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽(yáng)極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制Ρ3ΗΤ和C6tl的混合溶液，混合溶液中Ρ3ΗΤ和C6tl的質(zhì)量比為 1 1.2, Ρ3ΗΤ在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為50nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入鄰二氯苯，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架上，使樣品暴露在鄰二氯苯的飽和蒸汽里且不與液態(tài)鄰二氯苯溶劑接觸，保持暴露時(shí) 間為1、2、3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等。將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理 的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T PSS (25nm) /P3HT C60 (50nm) / Al (IOOnm)的聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽(yáng)能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過(guò)鄰二氯苯蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí) 驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用鄰二氯苯蒸汽處理l_20h不同時(shí)間后，P3HT結(jié) 晶度提高，導(dǎo)致在460-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層 對(duì)太陽(yáng)光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 17%,0. 23%, 0.24% ο 開(kāi)路電壓依次為 0. 32V、0. 30V、0. 30V，短路電流依次為 9. 2Χ1(Γ6Α、12· 3 X ICT6A、 12. 3Χ10_6Α、，填充因子依次為 0. 23,0. 25,0. 26。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 09%、開(kāi)路電壓為0. 34V、短路電流 為4. 2X 10、、填充因子為0. 25。
權(quán)利要求
一種處理聚合物太陽(yáng)能電池的光電活性層的方法，包括如下步驟將聚合物太陽(yáng)能電池的光電活性層暴露于氯仿和/或鄰二氯苯的蒸汽中，保持0.1 20小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述保持的時(shí)間為5-10小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述光電活性層由質(zhì)量比為 1 (0.6-1.2)的3-己基噻吩的聚合物和C6tl單質(zhì)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述3-己基噻吩的聚合物與所述C6tl單 質(zhì)的質(zhì)量比為1 (0.8-1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于所述光電活性層的厚度為 50nm-200nmo
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述厚度為80-1lOnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于所述蒸汽為飽和的。
8.一種制備聚合物太陽(yáng)能電池的方法，包括如下步驟制備電極、制備光電活性層、按 照權(quán)利要求1-7中任一所述方法處理光電活性層。
9.由權(quán)利要求8所述方法制備得到的聚合物太陽(yáng)能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層的處理方法。該方法，包括如下步驟將光電活性層暴露于氯仿和/或鄰二氯苯的蒸汽中，保持0.1-20小時(shí)。本發(fā)明的處理方法改善了光電活性層的結(jié)晶程度，并在光電活性層中形成P3HT和C60的三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善了光活性層的光吸收性能和載流子傳輸性能，能夠有效提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。另外，本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，活性層的結(jié)晶程度和形貌可以通過(guò)溶劑蒸汽的種類(lèi)和處理時(shí)間來(lái)控制，具有低成本、高效率、大面積制備的優(yōu)勢(shì)，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L51/46GK101901872SQ20091008468
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者劉偉麗, 劉瑞剛, 王文, 黃勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所