一種反型陷光結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)型有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于納米熱壓印技術(shù)的反型 陷光結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)型有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 有機(jī)太陽(yáng)能電池W其柔性，可彎曲，低成本，可W大面積印刷生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)越 來(lái)越受到研究人員的關(guān)注，并且文獻(xiàn)報(bào)道已經(jīng)得到較高的能量轉(zhuǎn)換效率，然而對(duì)于聚合物 有機(jī)太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，高的載流子復(fù)合，低的激子壽命是研究人員必須面對(duì)的問(wèn)題。世界各 地的研究人員嘗試通過(guò)各種方法改善器件特性，提高器件性能，例如，制作疊成電池，活性 層參雜，器件修飾等方法，而在本發(fā)明中通過(guò)特殊的處理方法制作陷光結(jié)構(gòu)電池，提高有機(jī) 太陽(yáng)能電池的光吸收，并通過(guò)提高光電轉(zhuǎn)換效率，提高太陽(yáng)能電池器件效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于納米熱壓印技術(shù)的反型陷光結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)型有機(jī)太 陽(yáng)能電池及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明所述的一種基于納米熱壓印技術(shù)的反型陷光結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)型有機(jī)太陽(yáng)能電池， 其特征在于：自上而下依次由IT0襯底、Ti〇2電子傳輸層、具有金字塔型陣列的級(jí)聯(lián)型活 性層、Mo化空穴傳輸層和Ag陽(yáng)極組成，級(jí)聯(lián)型活性層由下到上依次為P3HT層、PSBTBT層、 PCDTBT 層和 PCBM 層。
[0005] 本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)涂覆法制作級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的給體一受體活性層，對(duì)級(jí)聯(lián)型進(jìn)行納米壓 印加工，制成陷光型結(jié)構(gòu)，即通過(guò)納米熱壓印機(jī)在級(jí)聯(lián)型活性層上直接制作得到均勻的陷 光結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)利用光的反射與折射原理，當(dāng)太陽(yáng)光照射的時(shí)候，增強(qiáng)器件對(duì)于太陽(yáng)光的吸 收，提高對(duì)光的利用，該樣可W極大的提高光生電流，改善器件的光電轉(zhuǎn)換效率，從而提高 器件的性能。
[0006] 本發(fā)明所述基于納米熱壓印技術(shù)的反型陷光結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)型有機(jī)太陽(yáng)能電池，其步驟 與條件如下：
[0007] 1)襯底清洗
[0008] 將IT0導(dǎo)電玻璃依次使用丙酬、己醇和去離子水超聲清洗10~20分鐘，然后用氮 氣吹干；
[0009] 2) Ti化電子傳輸層的制備
[0010] 20~30°C下，將10~30血的鐵酸四了醋（北京益利化工廠）滴加到裝有60~ lOOmL無(wú)水己醇（北京化工廠）的反應(yīng)容器中，磁力攬拌60~90分鐘（定時(shí)恒溫磁力攬拌 器），再滴加5~20mL的冰己酸（北京化工廠），攬拌30-90min，得到均勻透明的淡黃色溶 液；然后加入5~20血己酷丙酬（天津化學(xué)試劑廠），攬拌30~90min，再加入20~40血 無(wú)水己醇，然后將5~20mL去離子水W 2~6mL/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù) 攬拌2~3天，得到均勻透明的淡黃色Ti化溶膠，放置陳化3~5天；將制得的TiO 2溶膠旋 涂在步驟1)清洗過(guò)后的ITO導(dǎo)電玻璃表面，旋涂轉(zhuǎn)速為1000~4000rpm，旋涂時(shí)間為10~ 30s，然后在300~500°C條件下賠燒1~化，自然降溫至室溫，即可在IT0導(dǎo)電玻璃上制得 Ti化電子傳輸層，薄膜的厚度為20~60nm;
[0011] 3)級(jí)聯(lián)型活性層的制備
[0012] W 1 -2-二氯苯為溶劑，將P3HT、PSBTBT、PCDTBT作為給體材料，PCBM作為受體材料 分別配制成5mg/mL~20mg/mL濃度的溶液，在Ti〇2電子傳輸層上依次旋涂P3HT、PSBTBT、 PCDTBT、PCBM溶液，旋涂轉(zhuǎn)速為1000~3000巧m，旋涂時(shí)間為10~30s ;得到的級(jí)聯(lián)型活性 層的厚度為200~400nm，其中各層的厚度范圍為50~lOOnm ;
[0013] 4)陷光結(jié)構(gòu)的制備
[0014] 采用對(duì)準(zhǔn)式納米熱壓印技術(shù)在步驟3)制備得到的級(jí)聯(lián)型活性層上制作出陷光結(jié) 構(gòu)，其過(guò)程包括：
[0015] 首先將步驟3)得到的帶有活性層的IT0導(dǎo)電玻璃放入壓印機(jī)，設(shè)定加壓溫度為 110~125°C，保壓溫度為130~150°C，泄壓溫度為30~60°C;加壓時(shí)間為5~lOmin，保 壓時(shí)間為10~20min，泄壓時(shí)間為5~lOmin，從而在級(jí)聯(lián)型活性層上制得金字塔（四棱 錐）型陣列；金字塔的底端邊長(zhǎng)40~60皿、排列周期40~60皿、高度40~60皿，納米熱 壓印的模板為倒金字塔結(jié)構(gòu)，采用石英基片作為模版，使用紫外光刻刻蝕出其結(jié)構(gòu)。
[0016] 5)空穴傳輸層的制備及電極的制備
[0017] 在壓強(qiáng)2X 1〇-4~5X 10 -4Pa條件下，在具有金字塔型陣列的級(jí)聯(lián)活性層表面蒸鍛 Mo化（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）空穴傳輸層，厚度為3~5皿，生長(zhǎng)速度為化3~1 A化；
[0018] 最后在Mo化空穴傳輸層上，在3X 10 ―4~5X 10 -中a下蒸鍛Ag(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑 有限公司）電極，厚度為80~150nm，生長(zhǎng)速度為1~5 A/S，從而得到本發(fā)明所述的基于納米 熱壓印技術(shù)的反型陷光結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)型有機(jī)太陽(yáng)能電池。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1 ;本發(fā)明所述有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2 ;本發(fā)明制備的反型有機(jī)太陽(yáng)能電池其陷光結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3;本發(fā)明制備的反型有機(jī)太陽(yáng)能電池其級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)活性層示意圖；
[002引圖4 ;本發(fā)明制備的反型有機(jī)太陽(yáng)能電池J-V特性；
[002引如圖1所示，11為IT0導(dǎo)電玻璃襯底，12為T(mén)i02電子傳輸層、13為活性層、14為Mo03空穴傳輸層、15為Ag電極。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明制備的反型有機(jī)太陽(yáng)能電池其陷光結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)為金 字塔型納米陣列，采用納米壓印在活性層上壓印制得，能夠利用活性層對(duì)太陽(yáng)光的反射增 強(qiáng)光的利用。
[002引如圖3所示，本發(fā)明制備的反型有機(jī)太陽(yáng)能電池其級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)活性層示意圖，31為 IT0導(dǎo)電玻璃襯底，32為T(mén)i02電子傳輸層、33為給體材料A、34為給體材料B，35為給體材 料C，36為受體材料，37為Mo化空穴傳輸層、38為Ag電極。
[002引如圖4所示，本發(fā)明制備的反型有機(jī)太陽(yáng)能電池不同活性層厚度電池J-V特性，對(duì) 應(yīng) A、B、C、D、E 厚度分別為 200nm、250nm、300nm、350nm、400nm，圖中可 W看出 300nm 厚度活 性層得到較大的短路電流，填充因子也較高。
【具體實(shí)施方式】
[0027] (1)將商業(yè)化的IT0導(dǎo)電玻璃放入燒杯，依次使用丙酬，己醇，去離子水分別超聲 清洗15分鐘，清洗過(guò)后的IT0采用氮?dú)鈽尨蹈?，放入培養(yǎng)皿中待用。
[002引 似采用溶膠凝膠方法在IT0表面制備一層Ti化薄膜，其具體過(guò)程包括違溫25°C 下，將lOmL的鐵酸四了醋（北京益利化工廠）滴加到裝有60mL的無(wú)水己醇（北京化工廠） 的錐形瓶中，攬拌60分鐘（定時(shí)恒溫磁力攬拌器），再滴加l