CN102842593B - 聚合物太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能电池领域，其公开了一种聚合物太阳能电池，该电池为层状结构，该层状结构依次包括：阳极基底、空穴缓冲层、活性层、连接层、电子缓冲层、阴极层，且连接层为n型掺杂层-金属层-p型掺杂层结构。本发明的聚合物太阳能电池，两个电池的活性层可以尽可能的捕获更多的太阳光，从而产生更多的电子和空穴，而连接两电池的连接层为n掺杂层-金属层-p掺杂层的结构，n型掺杂和p掺杂型可以提高电池的导电性，使空穴和电子的注入效率得到提高。

Description

聚合物太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种串联式的聚合物太阳能电池。本发明还涉及该聚合物太阳能电池的制备方法。
背景技术
1982年，Weinberger等研究了聚乙炔的光伏性质，制造出了第一个具有真正意义上的太阳能电池，但是当时的光电转换效率极低(10-3％)。紧接着，Glenis等制作了各种聚噻吩的太阳能电池，当时都面临的问题是极低的开路电压和光电转换效率。直到1986年，C.W.Tang等首次将p型半导体和n型半导体引入到双层结构的器件中，才使得光电流得到了极大程度的提高，从此以该工作为里程碑，有机聚合物太阳能电池蓬勃发展起来。
1992年Sariciftci等发现2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙(MEH-PPV)与复合体系中存在快速光诱导电子转移现象，引起了人们的极大兴趣，而在1995年，Yu等用MEH-PPV与C60(即60个碳原子有机物)的衍生物PCBM混合作为活性层制备了有机聚合物体异质结太阳能电池。器件在20mW/cm2430nm的单色光照射下，能量转换效率为2.9％。这是首个基于聚合物材料与PCBM受体制备的本体异质结太阳能电池，并提出了复合膜中互穿网络结构的概念。至此，本体异质结结构在聚合物太阳能电池中的应用得到了迅速的发展。这种结构也成为目前人们普遍采用的有机聚合物太阳能电池结构。
聚合物太阳能电池的工作原理主要分为四部分：(1)光激发和激子的形成；(2)激子的扩散；(3)激子的分裂；(4)电荷的传输和收集。首先，共轭聚合物在入射光照射下吸收光子，电子从聚合物最高占有轨道(HOMO)跃迁到最低空轨道(LUMO)，形成激子，激子在内建电场的作用下扩散到给体/受体界面处分离成自由移动的电子和空穴，然后电子在受体相中传递并被阴极收集，空穴则通过给体相并被阳极收集，从而产生光电流，这就形成了一个有效的光电转换过程。
目前的聚合物太阳能电池一般都是单个器件的结构，光电转换效率都不高，活性层对太阳光的吸收有限，不能从根本上提高器件对太阳光的利用，制约了效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能量转换率较高的聚合物太阳能电池。
本发明的技术方案如下：
一种聚合物太阳能电池，该聚合物太阳能电池为层状结构，且该层状结构依次包括：阳极基底、空穴缓冲层、第一活性层、连接层、第二活性层、电子缓冲层、阴极层，即该电池的结构依次为：阳极基底/空穴缓冲层/活性层/连接层/电子缓冲层/阴极层，且所述连接层为n型掺杂层-金属层-p型掺杂层结构。
所述连接层将该太阳能电池分成两个电池单元，即阳极基底、空穴缓冲层、第一活性层、n型掺杂层-金属层构成第一电池单元，且阳极基底和金属层分别作为该第一电池单元的阳极和阴极；金属层-p型掺杂层、第二活性层、电子缓冲层、阴极层构成第二电池单元，且金属层和阴极层分别作为该第二电池单元的阳极和阴极；第一电池单元与第二电池单元通过金属层形成串联式的聚合物太阳能电池。
上述聚合物太阳能电池中，各功能层所用材质如下：
导电阳极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO)、掺铟氧化锌玻璃(IZO)、掺氟氧化锡玻璃(FTO)或掺铝的化锌玻璃(AZO)；
空穴缓冲层的材料为聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)与聚苯磺酸钠(PSS)的混合物，即PEDOT:PSS混合物；
第一活性层和第二活性层的材料为聚3-己基噻吩(P3HT)、聚[2-甲氧基-5-(3，7.二甲基辛氧基)对苯撑乙烯](MDMO-PPV)或聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)与C60的衍生物(PCBM)混合后形成的混合物，即P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM；其中，P3HT∶PCBM的质量比控制在1∶0.8-1∶1的范围，MDMO-PPV∶PCBM或者MEH-PPV∶PCBM的质量比分别控制在1∶1-1∶4的范围；
所述连接层中，所述n型掺杂层的材料为2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4-噁二唑(PBD)、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(Bphen)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)或N-芳基苯并咪唑(TPBI)掺杂氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li2CO3)或氯化铯(CsCl)所形成的混合物；所述p型掺杂层的材料为1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)或N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)掺杂三氧化钼(MoO3)、三氧化钨(WO3)或五氧化二钒(V2O5)所形成的混合物；所述金属层的材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)；
电子缓冲层的材料为氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li2CO3)或氯化铯(CsCl)；
阴极层的材料为金属材料，如，铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)。
本发明的另一目的在于提供上述聚合物太阳能电池的制备方法，如图2所示，其工艺步骤如下：
S1、将阳极基底依次在洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇中超声清洗，去除表面的有机污染物，清洗干净后于功率10-50W下，对其进行氧等离子处理5-15min，或UV-臭氧处理5～20min；
S2、在阳极基底的阳极表面旋涂厚度为20-80nm的空穴缓冲层，干燥后再在空穴缓冲层表面旋涂厚度为80-300nm的第一活性层，然后干燥处理；
S3、在第一活性层表面蒸镀厚度为20-80nm的n型掺杂层，接着在n型掺杂层表面蒸镀厚度为10-50nm的金属层，随后在金属层表面蒸镀厚度为10～60nm的p型掺杂层，形成结构为n型掺杂层-金属层-p型掺杂层的连接层；
S4、在连接层表面旋涂厚度为80-300nm的第二活性层，然后干燥处理；
S5、在二活性层表面蒸镀厚度为0.5-10nm的电子缓冲层，接着在电子缓冲层表面蒸镀厚度为50-300nm的阴极层，最后制得聚合物太阳能电池。
本发明的聚合物太阳能电池，两个电池单元的活性层可以尽可能的捕获更多的太阳光，从而产生更多的电子和空穴，而连接两电池的连接层为n掺杂层-金属层-p掺杂层的结构，n型掺杂和p掺杂型可以提高电池的导电性，使空穴和电子的注入效率得到提高；而中间的金属层则可以有效的阻挡p型和n型掺杂之间材料的扩散，避免了掺杂的失效。
附图说明
图1为本发明聚合物太阳能电池结构示意图；
图2为本发明聚合物太阳能电池的制备工艺流程图；
图3为实施例1的聚合物太阳能电池：ITO基底/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Li2CO3:Bphen/Ag/MoO3:TAPC/P3HT:PCBM/LiF/Al与对比例电池：ITO基底/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al的电流密度与电压关系图；其中，曲线1为实施例1的曲线，曲线2为对比例的曲线。
具体实施方式
本发明的一种聚合物太阳能电池，如图1所示，该聚合物太阳能电池为层状结构，且该层状结构依次为：阳极基底11、空穴缓冲层12、第一活性层13、连接层14、第二活性层15、电子缓冲层16、阴极层17，即该电池的结构为：阳极基底11/空穴缓冲层12/第一活性层13/连接层14/第二活性层15/电子缓冲层16/阴极层17，且所述连接层14为n型掺杂层141-金属层142-p型掺杂层143结构。
所述连接层14将该太阳能电池分成两个电池单元，即阳极基底11、空穴缓冲层12、第一活性层13、n型掺杂层141-金属层142构成第一电池单元，且阳极基底11和金属层142分别作为该第一电池单元的阳极和阴极；金属层142-p型掺杂层143、第二活性层15、电子缓冲层16、阴极层17构成第二电池单元，且金属层142和阴极层17分别作为该第二电池单元的阳极和阴极；第一电池单元与第二电池单元通过金属层142形成串联式的聚合物太阳能电池。
该聚合物太阳能电池中，各功能层所用材质如下：
导电阳极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO)、掺铟氧化锌玻璃(IZO)、掺氟氧化锡玻璃(FTO)或掺铝氧化锌玻璃(AZO)；
空穴缓冲层的材料为聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)与聚苯磺酸钠(PSS)的混合物，即PEDOT:PSS混合物；
第一活性层和第二活性层的材料为聚3-己基噻吩(P3HT)、聚[2-甲氧基-5-(3，7.二甲基辛氧基)对苯撑乙烯](MDMO-PPV)或聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)分别与C60的衍生物(PCBM)混合后形成的混合物；即P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM；其中，P3HT∶PCBM的质量比控制在1∶0.8-1∶1的范围，MDMO-PPV∶PCBM或者MEH-PPV∶PCBM的质量比分别控制在1∶1-1∶4的范围；
所述连接层中，所述n型掺杂层的材料为2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4-噁二唑(PBD)、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(Bphen)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)或N-芳基苯并咪唑(TPBI)掺杂氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li2CO3)或氯化铯(CsCl)所形成的混合物；所述p型掺杂层的材料为1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)或N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)掺杂三氧化钼(MoO3)、三氧化钨(WO3)或五氧化二钒(V2O5)所形成的混合物；所述金属层的材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)；
在上述n型掺杂层中，2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4-噁二唑(PBD)、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(Bphen)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)、N-芳基苯并咪唑(TPBI)为电子传输材料，是主体材料，而氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li2CO3)、氯化铯(CsCl)是客体材料，即掺杂材料；客体材料的掺杂比为10-60wt％；
在上述p型掺杂层中，1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)为空穴传输材料，是主体材料，而三氧化钼(MoO3)、三氧化钨(WO3)或五氧化二钒(V2O5)是客体材料，即掺杂材料；客体材料的掺杂比为5-40wt％；
电子缓冲层的材料为氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li2CO3)或氯化铯(CsCl)，优选为LiF；该电子缓冲层的厚度为0.5-10nm，优选厚度为1nm；
阴极层的材料为金属材料，如，铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)，优选为Al；该阴极层的厚度为50-300nm，优选厚度为150nm。
上述聚合物太阳能电池的制备方法，如图2所示，其工艺步骤如下：
S1、将阳极基底依次在洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇中超声清洗各清洗15min，去除表面的有机污染物，清洗干净后于功率10-50W下，对其进行氧等离子处理5-15min，或UV-臭氧处理5～20min；
S2、在阳极基底的阳极表面旋涂厚度为20-80nm的空穴缓冲层，干燥后再在空穴缓冲层表面旋涂厚度为80-300nm的第一活性层，然后干燥处理；
S3、在第一活性层表面蒸镀厚度为20-80nm的n型掺杂层，接着在n型掺杂层表面蒸镀厚度为10-50nm的金属层，随后在金属层表面蒸镀厚度为10～60nm的p型掺杂层，形成结构为n型掺杂层-金属层-p型掺杂层的连接层；
S4、在连接层表面涂厚度为80-300nm的第二活性层，然后干燥处理；
S5、在第二活性层表面蒸镀厚度为0.5-10nm的电子缓冲层，接着在电子缓冲层表面蒸镀厚度为50-300nm的阴极层，最后制得聚合物太阳能电池。
上述制备方法的步骤S2中，空穴缓冲层采用重量比为2∶1-6∶1的PEDOT:PSS水溶液，质量百分比为1-5wt％，空穴缓冲层旋涂结束后，在100-200℃下加热15-60min，厚度控制在20-80nm；优选PEDOT∶PSS重量比为6∶1，质量百分比为1.3wt％的PEDOT:PSS水溶液，优选200℃下加热30min；优选空穴缓冲层厚度为40nm。
上述制备方法的步骤S2和S4中，第一活性层和第二活性层的材料为溶液体系，其溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯或氯仿中的一种或两种混合溶剂。每种体系的总浓度控制在8-30mg/ml，而P3HT∶PCBM的质量比控制在1∶0.8-1∶1的范围；MDMO-PPV∶PCBM或者MEH-PPV∶PCBM的质量比控制在1∶1-1∶4的范围，然后在充满惰性气体的手套箱中进行旋涂，最后在50-200℃下退火10-100min，或者在25℃下放置24-48h，厚度控制在80-300nm；优选总浓度为10mg/ml的P3HT:PCBM氯苯溶液体系，优选P3HT∶PCBM的质量比为1∶1，优选25℃下放置24h，优选活性层厚度为120nm。
本发明的聚合物太阳能电池，两个电池的活性层可以尽可能的捕获更多的太阳光，从而产生更多的电子和空穴，而连接两电池的连接层为n掺杂层-金属层-p掺杂层的结构，n掺杂和p掺杂，可以提高电池的导电性，同时使空穴和电子的注入效率明显提高(即通过使原来的掺杂层和电极间的高势垒产生能带弯曲，降低了界面势垒，使载流子可以更容易的注入到电极)，最终提高电池的能量转换效率；而中间的金属层则可以有效的阻挡p型和n型掺杂之间材料的扩散，避免了掺杂的失效。
下面对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
实施例1
本实施例中聚合物太阳能电池的结构为：ITO基底/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Li2CO3:Bphen/Ag/MoO3:TAPC/P3HT:PCBM/LiF/Al。
该聚合物太阳能电池的制备工艺如下：
1、将ITO基底依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇清洗，且清洗时各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后对ITO基底的ITO层于功率为10W条件下氧等离子表面处理15min；
2、将PEDOT:PSS水溶液(其中，PEDOT∶PSS重量比为6∶1；PEDOT与PSS的总质量百分比为1.3wt％)通过旋涂的方式制备在ITO基底的ITO层表面；旋涂后在200℃下加热30min，制得厚度为40nm的空穴缓冲层；
3、将P3HT:PCBM氯苯溶液体系旋涂在空穴缓冲层表面，旋涂完后，在25℃下放置24h，制得厚度为120nm的第一活性层；其中，为P3HT:PCBM氯苯溶液体系中，溶剂为氯苯，P3HT与PCBM的总浓度为10mg/ml，P3HT∶PCBM的质量比为1∶1；
4、在第一活性层表面蒸镀连接层层，即首先蒸镀厚度为40nm的n型掺杂层，材料为Li2CO3:Bphen，且Bphen为主体材料，Li2CO3为掺杂材料，且掺杂比例为40wt％；接着厚度为20nm的蒸镀金属层，材料为Ag；最后蒸镀厚度为25nm的p型掺杂层，即材料为MoO3:TAPC，且TAPC为主体材料，MoO3为掺杂材料，掺杂比例为20wt％，完后构成结构式为Li2CO3:Bphen/Ag/MoO3:TAPC的连接层；
5、在连接层表面再次旋涂第二活性层：即将P3HT:PCBM氯苯溶液体系旋涂在连接层表面，旋涂完后，在25℃下放置24h，制得厚度为120nm的第二活性层；其中，为P3HT:PCBM氯苯溶液体系中，溶剂为氯苯，P3HT与PCBM的总浓度为10mg/ml，P3HT∶PCBM的质量比为1∶1；
6、在第二活性层表面蒸镀厚度为1nm的电子缓冲层，材料为LiF；
7、最后，在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，材料为Al，厚度为150nm；
8、上述制备工艺完成后，得到所需聚合物太阳能电池。
附图3是实施例1的制备聚合物太阳能电池(结构为：ITO基底/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Li2CO3:Bphen/Ag/MoO3:TAPC/P3HT:PCBM/LiF/Al)与对比例电池(结构为：ITO基底/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al)的电流密度与电压关系。
上述电流密度与电压的测试，采用美国Keithly公司生成的型号为2602电流-电压测试仪进行的，测试工艺为：用500W氙灯(Osram)与AM1.5的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源。
从图3中可以看到，对比例太阳能电池的电流密度为4.75mAcm-2，而实施例1的电流密度为7.23mAcm-2，这说明，使用聚合物太阳能电池可以吸收更多的太阳光，使其转换成能量；同时，具有p-金属-n型结构的连接层可以进一步的增强载流子的注入能力；因此，使器件的性能得到了明显的提高。对比例中的光电转换效率为1.08％，而本实施例中的太阳能电池的光电转换效率则提高到了1.83％；
表1为曲线1和曲线2相对应的具体数据；其中，曲线1为实施例1的曲线，曲线2为对比例的曲线；
表1
电流密度(mA cm-2) 电压(V) η(％) 填充因子
曲线1 7.23 0.72 1.83 0.35
曲线2 4.75 0.74 1.08 0.31
实施例2
本实施例中聚合物太阳能电池的结构为：IZO基底/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF:PBD/Al/WO3:NPB/P3HT:PCBM/Li2CO3/Al。
该聚合物太阳能电池的制备工艺如下：
1、将IZO基底依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇清洗，且清洗时各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后对IZO基底的IZO层于功率为50W条件下氧等离子表面处理5min；
2、将PEDOT:PSS水溶液(其中，PEDOT∶PSS重量比为2∶1；PEDOT与PSS的总质量百分比为1wt％)通过旋涂的方式制备在IZO基底的IZO层表面；旋涂后在100℃下加热60min，制得厚度为20nm的空穴缓冲层；
3、将P3HT:PCBM甲苯溶液体系旋涂在空穴缓冲层表面，旋涂完后，在50℃下退火100min，制得厚度为120nm的第一活性层；其中，为P3HT:PCBM甲苯溶液体系中，溶剂为甲苯，P3HT与PCBM的总浓度为8mg/ml，P3HT∶PCBM的质量比为1∶0.8；
4、在第一活性层表面蒸镀连接层层，即首先蒸镀厚度为40nm的n型掺杂层，材料为LiF:PBD，且PBD为主体材料，LiF为掺杂材料，且掺杂比例为10wt％；接着厚度为10nm的蒸镀金属层，材料为Al；最后蒸镀厚度为35nm的p型掺杂层，即材料为WO3:NPB，且NPB为主体材料，MoO3为掺杂材料，掺杂比例为20wt％，完后构成结构式为LiF:PBD/Al/WO3:NPB的连接层；
5、在连接层表面再次旋涂第二活性层：即将P3HT:PCBM甲苯溶液体系旋涂在连接层表面，旋涂完后，在50℃下退火100min，制得厚度为120nm的第二活性层；其中，为P3HT:PCBM甲苯溶液体系中，溶剂为甲苯，P3HT与PCBM的总浓度为8mg/ml，P3HT∶PCBM的质量比为1∶0.8；
6、在第二活性层表面蒸镀厚度为0.5nm的电子缓冲层，材料为Li2CO3；
7、最后，在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，材料为Au，厚度为50nm；
8、上述制备工艺完成后，得到所需聚合物太阳能电池。
实施例3
本实施例中聚合物太阳能电池的结构为：
AZO基底/PEDOT:PSS/MDMO-PPV:PCBM/LiCl:TPBi/Au/V2O5:TPD/MDMO-PPV:PCBM/LiCl/Au。
该聚合物太阳能电池的制备工艺如下：
1、将AZO基底依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇清洗，且清洗时各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后对AZO基底的AZO层于功率为20W条件下氧等离子表面处理12min；
2、将PEDOT:PSS水溶液(其中，PEDOT∶PSS重量比为3∶1；PEDOT与PSS的总质量百分比为2wt％)通过旋涂的方式制备在AZO基底的AZO层表面；旋涂后在120℃下加热50min，制得厚度为60nm的空穴缓冲层；
3、将MDMO-PPV二甲苯溶液体系旋涂在空穴缓冲层表面，旋涂完后，在200℃下退火10min，制得厚度为120nm的第一活性层；其中，为MDMO-PPV:PCBM二甲苯溶液体系中，溶剂为二甲苯，MDMO-PPV与PCBM的总浓度为30mg/ml，MDMO-PPV∶PCBM的质量比为1∶4；
4、在第一活性层表面蒸镀连接层层，即首先蒸镀厚度为40nm的n型掺杂层，材料为LiCl:TPBi，且TPBi为主体材料，LiCl为掺杂材料，且掺杂比例为60wt％；接着厚度为50nm的蒸镀金属层，材料为Au；最后蒸镀厚度为60nm的p型掺杂层，即材料为V2O5:TPD，且TPD为主体材料，V2O53为掺杂材料，掺杂比例为40wt％，完后构成结构式为LiCl:TPBi/Au/V2O5:TPD的连接层；
5、在连接层表面再次旋涂第二活性层：即将MDMO-PPV:PCBM二甲苯溶液体系旋涂在连接层表面，旋涂完后，在200℃下退火10min，制得厚度为300nm的第二活性层；其中，为MDMO-PPV:PCBM二甲苯溶液体系中，溶剂为二甲苯，MDMO-PPV与PCBM的总浓度为18mg/ml，MDMO-PPV∶PCBM的质量比为1∶4；
6、在第二活性层表面蒸镀厚度为10nm的电子缓冲层，材料为LiCl；
7、最后，在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，材料为Ag，厚度为300nm；
8、上述制备工艺完成后，得到所需聚合物太阳能电池。
实施例4
本实施例中聚合物太阳能电池的结构为：FTO基底/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM/Li2CO3:TAZ/Pt/MoO3:NPB/P3HT:PCBM/LiF/Al。
该聚合物太阳能电池的制备工艺如下：
1、将FTO基底依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇清洗，且清洗时各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后对FTO基底的FTO层于功率为30W条件下氧等离子表面处理8min；
2、将PEDOT:PSS水溶液(其中，PEDOT∶PSS重量比为4∶1；PEDOT与PSS的总质量百分比为3wt％)通过旋涂的方式制备在FTO基底的FTO层表面；旋涂后在140℃下加热40min，制得厚度为50nm的空穴缓冲层；
3、将MEH-PPV:PCBM氯仿溶液体系旋涂在空穴缓冲层表面，旋涂完后，在100℃下退火50min，制得厚度为120nm的第一活性层；其中，为P3HT:PCBM氯仿溶液体系中，溶剂为氯仿，MEH-PPV与PCBM的总浓度为18mg/ml，MEH-PPV∶PCBM的质量比为1∶1；
4、在第一活性层表面蒸镀连接层层，即首先蒸镀厚度为40nm的n型掺杂层，材料为Li2CO3:TAZ，且TAZ为主体材料，Li2CO3为掺杂材料，且掺杂比例为50wt％；接着厚度为40nm的蒸镀金属层，材料为Ag；最后蒸镀厚度为50nm的p型掺杂层，即材料为MoO3:NPB，且NPB为主体材料，MoO3为掺杂材料，掺杂比例为5wt％，完后构成结构式为Li2CO3:TAZ/Ag/MoO3:NPB的连接层；
5、在连接层表面再次旋涂第二活性层：即将P3HT:PCBM氯仿溶液体系旋涂在连接层表面，旋涂完后，在100℃下退火50min，制得厚度为120nm的第二活性层；其中，为P3HT:PCBM氯仿溶液体系中，溶剂为氯仿，P3HT与PCBM的总浓度为10mg/ml，P3HT∶PCBM的质量比为1∶1；
6、在第二活性层表面蒸镀厚度为1nm的电子缓冲层，材料为LiF；
7、最后，在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，材料为Au，厚度为150nm；
8、上述制备工艺完成后，得到所需聚合物太阳能电池。
实施例5
本实施例中聚合物太阳能电池的结构为：FTO基底/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM/LiF:TAZ/Al/V2O5:TAPC/MEH-PPV:PCBM/LiF/Al。
该聚合物太阳能电池的制备工艺如下：
1、将FTO基底依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇清洗，且清洗时各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后对FTO基底的FTO层于UV-臭氧处理5min；
2、将PEDOT:PSS水溶液(其中，PEDOT∶PSS重量比为5∶1；PEDOT与PSS的总质量百分比为4wt％)通过旋涂的方式制备在FTO基底的FTO层表面；旋涂后在150℃下加热30min，制得厚度为70nm的空穴缓冲层；
3、将MEH-PPV:PCBM二甲苯和氯苯溶液体系旋涂在空穴缓冲层表面，旋涂完后，在150℃下退火50min，制得厚度为150nm的第一活性层；其中，为MEH-PPV二甲苯和氯苯溶液体系中，溶剂为二甲苯和氯苯，MEH-PPV与PCBM的总浓度为12mg/ml，MEH-PPV∶PCBM的质量比为1∶1；
4、在第一活性层表面蒸镀连接层层，即首先蒸镀厚度为40nm的n型掺杂层，材料为LiF:TAZ，且TAZ为主体材料，LiF为掺杂材料，且掺杂比例为10wt％；接着厚度为15nm的蒸镀金属层，材料为Al；最后蒸镀厚度为45nm的p型掺杂层，即材料为V2O5:TAPC，且TAPC为主体材料，V2O5为掺杂材料，掺杂比例为30wt％，完后构成结构式为LiF:TAZ/Al/V2O5:TAPC的连接层；
5、在连接层表面再次旋涂第二活性层：即将MEH-PPV:PCBM二甲苯和氯苯溶液体系旋涂在连接层表面，旋涂完后，在150℃下退火50min，制得厚度为120nm的第二活性层；其中，为MEH-PPV:PCBM二甲苯和氯苯溶液体系中，溶剂为二甲苯和氯苯，MEH-PPV与PCBM的总浓度为10mg/ml，MEH-PPV∶PCBM的质量比为1∶1；
6、在第二活性层表面蒸镀厚度为2nm的电子缓冲层，材料为LiF；
7、最后，在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，材料为Al，厚度为150nm；
8、上述制备工艺完成后，得到所需聚合物太阳能电池。
实施例6
本实施例中聚合物太阳能电池的结构为：ITO基底/PEDOT:PSS/MDMO-PPV:PCBM/Li2CO3:PBD/Ag/WO3:TCTA/MDMO-PPV:PCBM/LiF/Pt。
该聚合物太阳能电池的制备工艺如下：
1、将ITO基底依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇清洗，且清洗时各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后对ITO基底的ITO层于UV-臭氧处理15min；
2、将PEDOT:PSS水溶液(其中，PEDOT∶PSS重量比为4.5∶1；PEDOT与PSS的总质量百分比为5wt％)通过旋涂的方式制备在ITO基底的ITO层表面；旋涂后在160℃下加热20min，制得厚度为30nm的空穴缓冲层；
3、将MDMO-PPV:PCBM氯苯溶液体系旋涂在空穴缓冲层表面，旋涂完后，在80℃下退火150min，制得厚度为200nm的第一活性层；其中，为MDMO-PPV:PCBM氯苯溶液体系中，溶剂为氯苯，MDMO-PPV与PCBM的总浓度为14mg/ml，MDMO-PPV∶PCBM的质量比为1∶1；
4、在第一活性层表面蒸镀连接层层，即首先蒸镀厚度为40nm的n型掺杂层，材料为Li2CO3:PBD，且PBD为主体材料，Li2CO3为掺杂材料，且掺杂比例为55wt％；接着厚度为35nm的蒸镀金属层，材料为Ag；最后蒸镀厚度为45nm的p型掺杂层，即材料为WO3:TCTA，且TCTA为主体材料，WO3为掺杂材料，掺杂比例为30wt％，完后构成结构式为Li2CO3:PBD/Ag/WO3:TCTA的连接层；
5、在连接层表面再次旋涂第二活性层：即将MDMO-PPV:PCBM氯苯溶液体系旋涂在连接层表面，旋涂完后，在80℃下退火150min，制得厚度为120nm的第二活性层；其中，为MDMO-PPV:PCBM氯苯溶液体系中，溶剂为氯苯，MDMO-PPV与PCBM的总浓度为10mg/ml，MDMO-PPV∶PCBM的质量比为1∶4；
6、在第二活性层表面蒸镀厚度为0.7nm的电子缓冲层，材料为LiF；
7、最后，在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，材料为Pt，厚度为100nm；
8、上述制备工艺完成后，得到所需聚合物太阳能电池。
实施例7
本实施例中聚合物太阳能电池的结构为：ITO基底/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM/LiCl:PBD/Au/V2O5:TPD/MEH-PPV:PCBM/Li2CO3/Ag。
该聚合物太阳能电池的制备工艺如下：
1、将ITO基底依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇清洗，且清洗时各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后对ITO基底的ITO层于UV-臭氧处理8min；
2、将PEDOT:PSS水溶液(其中，PEDOT∶PSS重量比为3.5∶1；PEDOT与PSS的总质量百分比为2.5wt％)通过旋涂的方式制备在ITO基底的ITO层表面；旋涂后在200℃下加热30min，制得厚度为45nm的空穴缓冲层；
3、将MEH-PPV:PCBM氯苯溶液体系旋涂在空穴缓冲层表面，旋涂完后，在180℃下退火60min，制得厚度为200nm的第一活性层；其中，为MEH-PPV:PCBM氯苯溶液体系中，溶剂为氯苯，MEH-PPV与PCBM的总浓度为15mg/ml，P3HT∶PCBM的质量比为1∶3；
4、在第一活性层表面蒸镀连接层层，即首先蒸镀厚度为40nm的n型掺杂层，材料为LiCl:PBD，且PBD为主体材料，LiCl为掺杂材料，且掺杂比例为25wt％；接着厚度为35nm的蒸镀金属层，材料为Au；最后蒸镀厚度为50nm的p型掺杂层，即材料为V2O5:TPD，且TPD为主体材料，V2O5为掺杂材料，掺杂比例为30wt％，完后构成结构式为LiCl:PBD/Au/V2O5:TPD的连接层；
5、在连接层表面再次旋涂第二活性层：即将MEH-PPV:PCBM氯苯溶液体系旋涂在连接层表面，旋涂完后，在180℃下退火60min，制得厚度为120nm的第二活性层；其中，为MEH-PPV:PCBM氯苯溶液体系中，溶剂为氯苯，MEH-PPV与PCBM的总浓度为10mg/ml，MEH-PPV∶PCBM的质量比为1∶1；
6、在第二活性层表面蒸镀厚度为7nm的电子缓冲层，材料为Li2CO3；
7、最后，在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，材料为Ag，厚度为180nm；
8、上述制备工艺完成后，得到所需聚合物太阳能电池。
实施例8
本实施例中聚合物太阳能电池的结构为：ITO基底/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Li2CO3:TPBi/Ag/MoO3:TPD/P3HT:PCBM/LiF/Ag
该聚合物太阳能电池的制备工艺如下：
1、将ITO基底依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇清洗，且清洗时各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后对ITO基底的ITO层于UV-臭氧处理12min；
2、将PEDOT:PSS水溶液(其中，PEDOT∶PSS重量比为6∶1；PEDOT与PSS的总质量百分比为1.3wt％)通过旋涂的方式制备在ITO基底的ITO层表面；旋涂后在200℃下加热15min，制得厚度为65nm的空穴缓冲层；
3、将P3HT:PCBM氯苯溶液体系旋涂在空穴缓冲层表面，旋涂完后，在25℃下放置48h，制得厚度为200nm的第一活性层；其中，为P3HT:PCBM氯苯溶液体系中，溶剂为氯苯，P3HT与PCBM的总浓度为14mg/ml，P3HT∶PCBM的质量比为1∶1；
4、在第一活性层表面蒸镀连接层层，即首先蒸镀厚度为40nm的n型掺杂层，材料为Li2CO3:TPBi，且TPBi为主体材料，Li2CO3为掺杂材料，且掺杂比例为30wt％；接着厚度为30nm的蒸镀金属层，材料为Ag；最后蒸镀厚度为35nm的p型掺杂层，即材料为MoO3:TPD，且TPD为主体材料，MoO3为掺杂材料，掺杂比例为30wt％，完后构成结构式为Li2CO3:TPBi/Ag/MoO3:TPD的连接层；
5、在连接层表面再次旋涂第二活性层：即将P3HT:PCBM氯苯溶液体系旋涂在连接层表面，旋涂完后，在25℃下放置48h，制得厚度为120nm的第二活性层；其中，为P3HT:PCBM氯苯溶液体系中，溶剂为氯苯，P3HT与PCBM的总浓度为10mg/ml，P3HT∶PCBM的质量比为1∶1；
6、在第二活性层表面蒸镀厚度为1.5nm的电子缓冲层，材料为LiF；
7、最后，在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，材料为Ag，厚度为100nm；
8、上述制备工艺完成后，得到所需聚合物太阳能电池。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种聚合物太阳能电池，该电池为层状结构，其特征在于，该层状结构依次包括：阳极基底、空穴缓冲层、第一活性层、连接层、第二活性层、电子缓冲层、阴极层；所述连接层为n型掺杂层-金属层-p型掺杂层结构；其中，所述空穴缓冲层的材料为聚3,4-二氧乙烯噻吩与聚苯磺酸钠的混合物；所述第一活性层和第二活性层的材料为聚3-己基噻吩、聚[2-甲氧基-5-(3,7.二甲基辛氧基)对苯撑乙烯]或聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑]与C60的衍生物混合后形成的混合物；所述连接层中，所述n型掺杂层的材料为2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1,3,4-噁二唑、4,7-二苯基-1,10-菲罗啉、N-芳基苯并咪唑或1,2,4-三唑衍生物掺杂氟化锂、碳酸锂或氯化铯所形成的混合物；所述p型掺杂层的材料为1,1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷、N,N’-二(3-甲基苯基)-N,N’-二苯基-4,4’-联苯二胺、4,4',4”-三(咔唑-9-基)三苯胺或N,N’-(1-萘基)-N,N’-二苯基-4,4’-联苯二胺掺杂三氧化钼、三氧化钨或五氧化二钒所形成的混合物；所述电子缓冲层的材料为氟化锂、碳酸锂或氯化铯。
2.根据权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阳极基底为铟锡氧化物玻璃、掺铟氧化锌玻璃、掺氟氧化锡玻璃或掺铝氧化锌玻璃。
3.根据权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述聚3-己基噻吩与C60的衍生物所形成混合物中，聚3-己基噻吩与C60的衍生物的质量比为1:0.8-1:1；
所述聚[2-甲氧基-5-(3,7.二甲基辛氧基)对苯撑乙烯]与C60的衍生物所形成混合物中，聚[2-甲氧基-5-(3,7.二甲基辛氧基)对苯撑乙烯]与C60的衍生物的质量比为1:1-1:4；
所述聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑]与C60的衍生物所形成混合物中，聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑]与C60的衍生物的质量比为1:1-1:4。
4.根据权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述金属层的材料为铝、银、金或铂。
5.根据权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阴极层的材料为铝、银、金或铂。
6.一种如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
S1、对阳极基底表面进行清洗处理、干燥后备用；
S2、在阳极基底的阳极层表面旋涂空穴缓冲层，干燥后再在该空穴缓冲层表面旋涂第一活性层，随后干燥处理；
S3、在干燥的第一活性层表面依次蒸镀n型掺杂层、金属层以及p型掺杂层，得到连接层；
S4、在连接层的表面旋涂第二活性层，随后干燥处理；
S5、在第二活性层表面蒸镀电子缓冲层，接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层，制得所述聚合物太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的清洗处理包括：
S11、将阳极基底依次在洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇中超声清洗；
S12、在阳极基底的阳极表面进行氧等离子处理或UV-臭氧处理。
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