專利名稱：一種光伏電池的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光伏電池的制造方法。
背景技術：
隨著全球能源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日漸枯竭，人們對風能、太陽能等可再生資源投入了更多的關注和研究，其中基于光伏效應的光伏電池是其中的熱點之一。目前，市場上成熟的光伏電池主要為基于單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、磷化銦以及多晶膜化合物半導體等無機光伏電池，其中，多晶硅和非晶硅光伏電池在民用光伏電 池市場上占主導地位。經過五十余年的發(fā)展，無機單晶硅光伏電池的光電轉換效率已經由發(fā)明之初的6%，提高到目前的最高效率可達30%以上，但是由于無機半導體光伏電池對材料純度的要求非常高，且價格昂貴，因此其應用受到很大限制。美國柯達公司首次在同一器件中引入給體和受體材料，形成異質結電池轉換效率達到I %，標志著有機半導體制備的光伏器件取得突破。之后人們通過對不同的復合體系進行深入研究，證明了光誘導電子轉移的存在。光誘導電荷快速能量轉移現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是聚合物光伏電池理論方面的重大突破，為聚合物光伏電池效率的提高提供了理論支持。俞鋼等人通過將電子給體材料與受體材料共混，制得共軛聚合物MEH-PPV和碳60互穿網絡結構的光伏電池，其能量轉換效率達到2. 9%，這就是人們常說的光伏電池。體異質結概念產生克服了單層、雙層/多層器件的結構缺陷。由于電子給體與電子受體各自形成網絡狀連續(xù)相，光誘導所產生的電子與空穴分別在各自的相中輸運并在相應的電極上被收集，光生載流子在到達相應的電極前被重新復合的幾率大大降低，從而提高了光電流。這樣，體異質結結構就能大幅度的提高光電能量轉換效率。如今，體異質結概念已廣泛用于基于聚合物的光伏電池，能量轉換效率已能達到5%以上，其具有誘人的發(fā)展方向。但是，目前有機光伏電池的開路電壓一般只能達到O. 6(T0. SOeV左右，距離商業(yè)化還有一段較大的距離。因此，如何獲得高效率更高，性能更穩(wěn)定的有機光伏電池，實現(xiàn)其商業(yè)化生產，應用于目前無機光伏電池所應用的所有領域，是本領域技術人員面臨的很大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開了一種光伏電池的制造方法，該光伏電池具有較高的開路電壓和器件性能。本發(fā)明的光伏電池制造方法包括如下步驟依次制備襯底、陽極、活性層和陰極，該方法還包括在活性層與陰極之間制備電子傳輸層，電子傳輸層為具有通式(I)結構的聚合物，其聚合度η為I 300的任意整數(shù)，該聚合物的制造方法包括如下步驟第一、由化合物I脫羧硝化得化合物2，再還原成化合物3，然后再重氮化，與乙基黃原酸鉀反應生成化合物4 ；
權利要求
1. 一種光伏電池的制造方法，包括依次制備襯底、陽極、活性層和陰極，該制造方法還包括在活性層與陰極之間制備電子傳輸層，電子傳輸層為具有通式(I)結構的聚合物，其聚合度η為I 300的任意整數(shù)，該聚合物的制造方法包括如下步驟第一、由化合物I脫羧硝化得化合物2，再還原成化合物3，然后再重氮化，與乙基黃原酸鉀反應生成化合物4 ；
2.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述A為取代苯基II時，其中R1,R2,R3, R4分別獨立地指氫、鹵素、羥基、胺基、甲基、乙基。所述R1, R2, R3和R4中優(yōu)選至少有一個為羥基或胺基，所述羥基或胺基進一步取代成其相應的磷酸酯、羧酸酯、磺酸酯、酰胺、肽類及相應的有機鹽或無機鹽類衍生物。
3.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述A為取代苯基III時，其中R5,R6,R7, R8分別獨立地指氫、齒素、羥基、胺基、甲基、乙基、芐基、烷氧基、硝基、酰氧基或酰胺基，且R5, R6, R7, R8不同時為氫。所述R5, R6, R7和R8中優(yōu)選至少有一個為羥基或胺基，所述羥基或胺基進一步取代成其相應的磷酸酯、羧酸酯、磺酸酯、酰胺、肽類及相應的有機鹽或無機鹽類衍生物。
4.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述A為取代雜環(huán)IV或取代雜環(huán)V時，R1Q，Rn，R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18分別獨立選自氫、鹵素、羥基、胺基、取代胺基、氰基、烷基、燒氧基。
5.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述通式I的化合物為 3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-硝基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-1-[(3-乙酰胺基-4-硝基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-1-[(3-硝基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3，4，5_三甲氧基-l-[(3-氟-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3.4,5- 二甲氧基_1_[ (4-乙氧基苯基)硫代]苯， 3.4,5- 二甲氧基_1_[ (3-節(jié)氧基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 5_ 二氣甲基_2_[ (3,4, 5_ 二甲氧基苯基)硫代]卩比唳， 3-[(3，4，5_三甲氧基苯基)硫代]苯并噻吩-2-甲酸甲酯， 2-芴甲氧酰胺基-3-乙酰氧基-N-[2-甲氧基-5- (3,4,5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺， 2-氨基-3-羥基-N-[2-甲氧基-5-(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺，或者 3.4,5- 二甲氧基-1-[ (3-輕基-4_甲氧基苯基)硫代]苯。
6.如權利要求1 5中任一項所述的制造方法，其特征在于，在步驟一中， 脫羧硝化的反應溫度為o-1oo°c;還原反應所用還原劑可以是鋅粉、鐵粉、鎂粉，酸可以是醋酸、鹽酸，還原劑也可以是鈀碳/水合肼，鎂粉/水合肼，鐵粉/水合肼，鈀碳/氫氣等，反應溫度為o-1oo°c;重氮化步驟中試劑可以是亞硝酸鈉、亞硝酸鉀、硝基丁烷，酸可以是鹽酸、硫酸、磷酸和醋酸，反應溫度為-20-10°C ;二硫代碳酸鹽化試劑可以是各種烷基黃原酸鹽，反應溫度為0-120°C。
7.如權利要求1 5中任一項所述的制造方法，其特征在于，在步驟二中， 重氮化步驟可以用四氫鋰鋁/四氫呋喃還原，也可以用氫氧化鈉水溶液水解，反應溫度為o-1oo°c ;而碘代反應的反應溶劑可以是乙醇，甲醇，異丙醇，乙二醇等醇，苯，甲苯，丙酮，四氫呋喃，二氧六環(huán)，N, N-二甲基甲酰胺，吡唆，二甲亞砜，二氯甲燒，三氯甲燒，二氯乙燒等。
8.如權利要求1 5中任一項所述的制造方法，其特征在于，在步驟三中，堿性催化劑為選自無機堿性化合物，如碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫化鈉等，反應溫度為0-200°C。
9.如權利要求1 5中任一項所述的制造方法，其特征在于，活性層包括層疊而成的電子給體材料和電子受體材料，其中電子給體材料為共軛聚合物或有機小分子半導體材料， 電子受體材料為碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物或者無機半導體納米顆粒，通過將上述材料形成的溶液涂覆在空穴傳輸層表面而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏電池的制造方法，包括依次制備襯底、陽極、活性層、電子傳輸層和陰極，電子傳輸層為具有通式(I)結構的聚合物，其聚合度n為1～300的任意整數(shù)，該聚合物的制造方法包括如下步驟第一、由化合物1脫羧硝化得化合物2，再還原成化合物3，然后再重氮化，與乙基黃原酸鉀反應生成化合物4；第二、將芳香胺5重氮化，再與碘化鈉反應合成芳香碘代產物6；第三、先將化合物4還原成苯硫酚7，然后與芳香氯代化合物8或芳香碘代化合物6溶在堿性催化劑作用下得到通式I化合物。采用該材料作為電子傳輸層制造的光伏電池具有較高的開路電壓和良好的器件性能。
文檔編號H01L51/46GK103022361SQ20121047360
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權日2012年11月20日
發(fā)明者張俊, 叢國芳 申請人:溧陽市生產力促進中心