CN102931354B - 复合透明电极、聚合物太阳能电池及它们的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合透明电极、聚合物太阳能电池及它们的制备方法。更具体地，本发明涉及一种复合透明电极，其特征在于，所述复合透明电极由PEDOT:PSS层和ASA层构成，其中PEDOT:PSS表示聚(3，4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)，ASA表示抗静电剂；和包括这样的复合透明电极的聚合物太阳能电池；以及它们的制备方法。本发明制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层具有较好的透光性和导电性，其作为电极不仅成本低，而且工艺简单。此外，使用这样的复合透明电极的聚合物太阳能电池的能量转化效率与使用ITO的电池的效率相当或更好。

Description

复合透明电极、聚合物太阳能电池及它们的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，更具体地说，涉及一种透明电极、聚合物太阳能电池以及它们的制备方法。
背景技术
现阶段随着常规能源的有限性及环保压力的增加，诸多国家掀起了开发和利用新能源的热潮，其中，太阳能作为一种可再生清洁能源在全球范围内得到快速的发展，特别是利用光伏效应提供绿色新能源的太阳能电池具有广阔的应用前景。
聚合物太阳能电池(polymersolarcell，PSC)是一种新型有机薄膜太阳能电池，它由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混薄膜(活性层)夹在氧化铟锡(ITO)透明导电玻璃阳极和低功函数金属阴极之间所组成，具有制备过程简单、成本低、重量轻、可制备成柔性器件等突出优点，近年来受到广泛关注。溶液加工的体相异质结聚合物太阳能电池自Yu等人1995年首次报道迄今仅16年时间，已发展成为一个颇具规模的研究领域，相关光伏材料和器件工艺都取得了重要进展，最近几年更呈加速发展之势，光电转换效率已从最初报道的不到1％提高到现在的约9.2％。可以预期，在材料和器件研究工作者的共同努力下，未来1-2年内实验室小面积电池的效率将有望突破10％，大面积模块电池的效率有可能超过6％，这使聚合物太阳能电池的实际应用呈现出光明的前景并吸引了越来越多来自工业界的重视。美国KonarkaTechnologies和SolarmerEnergyInc.两家公司在致力于推动聚合物太阳能电池商业化方面处于国际领先水平，它们均开发出了基于柔性衬底的该类产品，并于2010年相继创造了实验室小面积电池效率高于8％的世界纪录。然而，相比无机半导体太阳能电池，聚合物太阳能电池的效率仍然处于较低的水平，稳定性也有待提高，这使得其发电成本难以与现有的发电技术相竞争。Konarka公司销售的标准电池板能量转换效率在3％左右，发电成本接近11-12美元/瓦。因此，在通过光伏材料和器件工艺的改进以继续提高聚合物太阳能电池光电转换效率的基础上，如何进一步降低成本，将很大程度上决定其产业化前景。
从成本构成来看，聚合物太阳能电池的加工成本仅占到了其总成本的不到20％，材料成本占了主要部分，而其中作为透明电极的ITO，成本更是占到了接近总成本的50％。ITO透明导电玻璃具有高可见光透过率和高电导率，被广泛地应用于平板显示器和太阳能电池等很多领域。然而由于铟属于稀有金属，且ITO成膜工艺复杂，使得其价格居高不下。因此，如果能寻求到合适、廉价的ITO替代品，就能够大大降低聚合物太阳能电池的成本。Gaynor等人用聚(3，4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(即PEDOT:PSS)/银纳米线(AgNW)复合电极制备的非ITO电池，其效率可以与基于ITO的电池相媲美；碳纳米管及石墨烯由于其优良的导电能力也被视为ITO潜在的替代材料。但用上述材料作为透明电极制备的电池依然存在成本高、效率低、工艺复杂等问题，限制了其大规模应用。
因此，对于替代ITO的透明电极存在进一步改进的需要。此外，抗静电剂(Antistaticagent，ASA)是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除静电荷产生的化学添加剂，它通过离子化基团或极性基团的离子传导或吸湿作用，可以极大的提高塑料表面的导电能力。
发明内容
鉴于此，本发明的发明人预期将PEDOT:PSS表面旋涂一层合适的抗静电剂以形成PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层，其不仅可以替代ITO作为电极用于太阳能电池，而且可以实现太阳能电池的低成本。
因此，本发明的一个目的是提供一种替代ITO的复合透明电极，以及通过使用这样的复合透明电极，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，本发明提供一种复合透明电极，所述复合透明电极由PEDOT:PSS层和ASA层构成，其中PEDOT:PSS表示聚(3，4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)，ASA表示抗静电剂。
在一个优选实施方式中，所述ASA层是单硬脂酸甘油酯层或油酸酰胺层。
在一个优选实施方式中，所述PEDOT:PSS层的厚度为50-150nm。
在一个优选实施方式中，所述PEDOT:PSS层的厚度为80-90nm。
在一个优选实施方式中，所述ASA层的厚度为5-20nm。
在一个优选实施方式中，所述ASA层的厚度为10-15nm。
在另一方面，本发明提供一种用于制备上述复合透明电极的方法，所述方法包括：
通过将PEDOT:PSS的溶液涂覆在衬底上以形成薄膜状的PEDOT:PSS层；和
将ASA的溶液涂覆在所述PEDOT:PSS层上以形成ASA层，从而得到由所述PEDOT:PSS层和所述ASA层构成的复合透明电极。
在一个优选实施方式中，所述PEDOT:PSS的溶液是PEDOT:PSS的水溶液，所述ASA的溶液是ASA的甲醇溶液。
在另一方面，本发明提供一种聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池包括：
透明衬底；
设置在所述衬底上的作为阳极的复合透明电极；
设置在所述复合透明电极上的光活性层；以及
设置在所述光活性层上的阴极，
其特征在于，所述复合透明电极由PEDOT:PSS层和ASA层构成，其中PEDOT:PSS表示聚(3，4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)，ASA表示抗静电剂。
在一个优选实施方式中，所述ASA层是单硬脂酸甘油酯层或油酸酰胺层。
在一个优选实施方式中，所述PEDOT:PSS层的厚度为50-150nm。
在一个优选实施方式中，所述ASA层的厚度为5-20nm。
在一个优选实施方式中，所述光活性层为由聚(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100～250nm
在一个优选实施方式中，所述透明衬底为玻璃或透明聚合物衬底，所述阴极由金属铝或钙构成。
在另一方面，本发明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：
在透明衬底上通过涂覆PEDOT:PSS的溶液以形成PEDOT:PSS层，并在PEDOT:PSS层上通过涂覆ASA的溶液以形成ASA层，从而形成由所述PEDOT:PSS层和所述ASA层构成的复合透明电极；
在所述复合透明电极层上形成光活性层；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PEDOT:PSS的溶液是PEDOT:PSS的水溶液，所述ASA的溶液是ASA的甲醇溶液。
在一个优选实施方式中，所述光活性层通过涂覆聚(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。
在一个优选实施方式中，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。
本发明将PEDOT:PSS表面旋涂一层合适的抗静电剂以形成PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层，以其作为阳极来制备电池，可以起到替代ITO的作用。考虑到商品化抗静电剂低廉的价格和在电池中极少的用量，加上能通过湿法工艺成膜等优点，其成本几乎可以忽略不计，因此以此方法制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层具有较好的透光性和导电性，其作为电极不仅成本低，而且工艺简单。此外，使用这样的复合透明电极的聚合物太阳能电池能量转化效率与使用ITO的电池效率相当或更好。
附图说明
图1为根据本发明一个实施方式的聚合物太阳能电池结构的示意图。
图2为根据本发明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
本发明提供一种复合透明电极和以此为电极的聚合物太阳能电池及其制备方法，在衬底上形成PEDOT:PSS层和ASA层组成的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极；在所述PEDOT:PSS/ASA复合透明电极上旋涂例如聚(3-己基噻吩)(P3HT):6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)的混合(例如氯苯)溶液，得到光活性层；在所述光活性层上制备阴极层，得到聚合物太阳能电池。
下面参照附图对本发明进行详细描述。应当理解，这样的描述仅用于举例说明本发明的目的，而不用于限制。
本发明提供一种聚合物太阳能电池，如图1所示，其包括：依次设置的衬底4、PEDOT:PSS/ASA复合透明电极3(作为阳极)、光活性层2和阴极1，其中的复合透明电极3由聚(3，4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)层及形成在其上的抗静电剂(ASA)层例如单硬脂酸甘油酯层或油酸酰胺层的复合层(PEDOT:PSS/ASA)构成。优选地，所述PEDOT:PSS层厚度为50-150nm，更优选为80-90nm。优选地，所述ASA层厚度为5-20nm，更优选为10-15nm。
在本发明的一个优选实施方式中，衬底4优选为玻璃或透明聚合物衬底例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底，PEDOT:PSS/ASA复合透明电极3优选为聚(3，4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)层及形成在其上的作为ASA层的单硬脂酸甘油酯层或油酸酰胺层，光活性层2优选为聚(3-己基噻吩)(P3HT):6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)的混合物的例如氯苯、邻二氯苯或氯仿溶液。阴极1优选为由金属铝或钙构成。
在本发明的一个优选实施方式中，还提供一种聚合物太阳能电池的制备方法，其包括：
在衬底上形成由PEDOT:PSS层和ASA层组成的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层；
在所述PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层上旋涂例如聚(3-己基噻吩)(P3HT):6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)的混合溶液例如氯苯溶液，得到光活性层。优选地，所述聚(3-己基噻吩)(P3HT)的溶液的质量百分比浓度优选为1～2％，更优选为1～1.5％，最优选为1％。所述6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)的溶液的质量百分比浓度优选为0.5～2％，更优选为0.7～1.5％，最优选为0.8％。优选地，所述聚(3-己基噻吩)(P3HT)的氯苯溶液与所述6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)的氯苯溶液的体积比优选为0.8～1.2∶0.8～1.2，更优选为0.9～1.1∶0.9～0.1，最优选为1∶1；
在所述光活性层上形成阴极层，从而得到聚合物太阳能电池。
在该实施方式中，所述衬底优选为玻璃或透明聚合物衬底，所述光活性层优选为聚(3-己基噻吩):6，6-苯基碳61丁酸甲酯混合物，所述阴极层优选为由金属铝构成。
优选地，在本发明的一个实施方式中，所述PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层可以按照如下方法制备：
将衬底例如细条状玻璃衬底用适当溶剂清洗并烘干；
将所述衬底放在旋涂机的托架上，优选地，为保证薄膜的平整性，将用0.45μm过滤膜过滤后的H.C.Starck公司的PEDOT:PSS水溶液均匀涂满在所述衬底上，使衬底上形成一层PEDOT:PSS薄膜。PEDOT:PSS水溶液中PEDOT和PSS的重量比为可以为1∶6，优选为1∶3，更优选为1∶2.5。所述PEDOT:PSS薄膜的厚度优选为50-150nm，更优选为80-90nm；
接着，将ASA溶液例如ASA的甲醇溶液旋涂在所述PEDOT:PSS薄膜上，使PEDOT:PSS薄膜上形成一层ASA薄膜，从而得到PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层。所述ASA薄膜的厚度优选为5-20nm，更优选为10-15nm；
在本发明的一个优选实施方式中，在光活性层上形成阴极层从而得到聚合物太阳能电池的具体操作可以为：
将有PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层和光活性层的衬底放入到真空镀膜机中蒸镀铝电极，所述铝电极的厚度优选为80～120nm；将蒸镀了铝电极的器件转移到手套箱加热板上，优选在120～160℃下热退火处理8～15分钟，冷却后封装，得到聚合物太阳能电池。
在本发明中，作为原料的聚(3-己基噻吩)(P3HT)可以采用由LuminescenceTechnologyCorp生产的型号为LT-S909的产品，而6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)可以采用由Nichem公司生产的产品。PEDOT:PSS可以采用H.C.Starck公司的型号为BaytronP及BaytronPH1000的产品，而作为ASA的单硬脂酸甘油酯可以采用上海汇普工业化学品有限公司的产品，油酸酰胺可以采用阿拉丁试剂有限公司的产品。
本发明制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层可以例如用四探针法在霍尔测试系统(包括电磁铁、高斯计及数字源表)上测试其方块电阻；聚合物太阳能电池在AM1.5，100mW/cm2的氙灯太阳光模拟器(OrielSol3A)光源下测试，光照下的电池性能参数(包括开路电压、短路电流、能量转换效率和填充因子)均从Keithley2400数字源表测试得到。从测试结果可以看出，本发明制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层具有优良的导电性能；聚合物太阳能电池具有较高的光电流密度和能量转换效率。
为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些实施例仅用于进一步具体举例说明本发明的特征和优点，而不限制本发明的范围。
实施例1
PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层的制备：
先将玻璃衬底用玻璃刀制成15mm宽、20mm长的玻璃片，依次用ITO洗液、水、丙酮和异丙醇超声清洗干净并在真空干燥箱中60℃烘干；
将干净的玻璃衬底放置在旋涂机(KW-4A)的托架上，将用0.45μm过滤膜过滤后的H.C.Starck公司的型号为BaytronP的PEDOT:PSS的水溶液均匀涂满整个玻璃片，PEDOT:PSS的水溶液中PEDOT和PSS的重量比为1∶2.5。4片衬底通过控制旋涂机转速分别为800转/分钟、1000转/分钟、2500转/分钟和4000转/分钟，在4片衬底上沉积一层厚度不等的PEDOT:PSS薄膜，旋涂时间均为1分钟，旋涂完后再放入120℃的烘箱内加热30分钟；
在上述PEDOT:PSS薄膜上继续旋涂单硬脂酸甘油酯(作为ASA)的甲醇溶液，浓度为1mg/ml，通过控制匀胶机转速为1000转/分钟，旋涂时间均为1分钟，使PEDOT:PSS薄膜上形成一层单硬脂酸甘油酯甲醇薄膜，从而得到PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层，旋涂完后再放入120℃的烘箱内加热10分钟。本实施例制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层的导电性能参数如表1所示。
实施例2
PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层的制备：
先将玻璃衬底用玻璃刀制成15mm宽、20mm长的玻璃片，依次用ITO洗液、水、丙酮和异丙醇超声清洗干净并在真空干燥箱中60℃烘干；
将干净的玻璃衬底放置在旋涂机(KW-4A)的托架上，将用0.45μm过滤膜过滤后的H.C.Starck公司的型号为BaytronPH1000(其导电性优于实施例1中的BaytronP)的PEDOT:PSS水溶液均匀涂满整个玻璃片，PEDOT:PSS的水溶液中PEDOT和PSS的重量比为1∶2.5。4片衬底通过控制旋涂机转速分别为800转/分钟、1000转/分钟、2500转/分钟和4000转/分钟，在4片衬底上沉积一层厚度不等的PEDOT:PSS薄膜，旋涂时间均为1分钟，旋涂完后再放入120℃的烘箱内加热30分钟；
在上述PEDOT:PSS薄膜上继续旋涂单硬脂酸甘油酯(作为ASA)的甲醇溶液，浓度为1mg/ml，通过控制匀胶机转速为1000转/分钟，旋涂时间均为1分钟，使PEDOT:PSS薄膜上形成一层单硬脂酸甘油酯甲醇薄膜，从而得到PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层，旋涂完后再放入120℃的烘箱内加热10分钟。本实施例制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层的导电性能参数如表1所示。
实施例3
太阳能电池的制备及性能测试：
将作为电子给体材料的聚(3-己基噻吩)(P3HT)配成质量浓度为1％的氯苯溶液，将作为电子受体材料C60衍生物的6，6-苯基碳61-2-丁酸甲脂(PCBM)配成质量百分比浓度为0.8％的氯苯溶液，再把两者按相同的体积混合在一起，搅拌均匀得到混合溶液；
将实施例1中获得(BaytronP旋涂速度为1000转/分钟)的沉积有PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层的衬底放置在旋涂机(KW-4A)的托盘上，再将搅拌均匀得到的聚3己基噻吩(P3HT):6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)的混合物的氯苯溶液经过滤器过滤后，均匀涂满整个PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层表面，控制转速和时间使混合物在PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层表面形成一层约80nm厚的P3HT:PCBM薄膜，得到聚合物太阳能电池的光活性层；
最后将涂有P3HT:PCBM薄膜的聚合物太阳能电池光活性层的衬底放入到真空镀膜机(上海田京，型号为DM220)中在2×10-3Pa真空度下蒸镀铝电极，铝电极的厚度约为100nm，电池有效面积为10mm2，制成结构为玻璃/PEDOT:PSS(80nm)/ASA(10nm)/(P3HT:PCBM)(80nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池，蒸镀完铝电极之后的器件转移到手套箱加热板上，在135℃下热退火处理10分钟。冷却至室温后封装起来，得到聚合物太阳能电池。本实施例制备的聚合物太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下的性能参数如表2和图2所示。
实施例4
将作为电子给体材料的聚(3-己基噻吩)(P3HT)配成质量浓度为1％的氯苯溶液，将作为电子受体材料C60衍生物的6，6-苯基碳61-2-丁酸甲脂(PCBM)配成质量百分比浓度为0.8％的氯苯溶液，再把两者按相同的体积混合在一起，搅拌均匀得到混合溶液；
将实施例2中获得(BaytronPH1000旋涂速度为1000转/分钟)的沉积有PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层的衬底放置在旋涂机(KW-4A)的托盘上，再将搅拌均匀得到的聚3己基噻吩(P3HT):6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)混合物的氯苯溶液经过滤器过滤后，均匀涂满整个PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层表面，控制转速和时间使混合物在PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层表面形成一层约80nm厚的P3HT:PCBM薄膜，得到聚合物太阳能电池的光活性层；
最后将涂有P3HT:PCBM薄膜的聚合物太阳能电池光活性层的衬底放入到真空镀膜机(上海田京，型号为DM220)中在2×10-3Pa下蒸镀铝电极，铝电极的厚度约为100nm，电池有效面积为10mm2，制成结构为玻璃/PEDOT:PSS(90nm)/ASA(15nm)/(P3HT:PCBM)(80nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池，蒸镀完铝电极之后的器件转移到手套箱加热板上，在135℃下热退火处理10分钟。冷却至室温后封装起来，得到聚合物太阳能电池。本实施例制备的聚合物太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下的性能参数如表2和图2所示。
比较例1
PEDOT:PSS薄膜的制备：
先将玻璃衬底用玻璃刀刻成15mm宽、20mm长的玻璃片，依次用ITO洗液、水、丙酮和异丙醇超声清洗干净并在真空干燥箱中60℃烘干；
将干净的玻璃衬底放置在旋涂机(型号为KW-4A)的托架上，将用0.45μm过滤膜过滤后的H.C.Starck公司的型号为BaytronP的PEDOT:PSS水溶液均匀涂满整个玻璃片，PEDOT:PSS的水溶液中PEDOT和PSS的重量比为1∶2.5。通过控制旋涂机转速为1000转/分钟，衬底上沉积一层厚度均匀的PEDOT:PSS薄膜，涂时间均为1分钟，旋涂完后再放入120℃的烘箱内加热30分钟。本比较例制备的PEDOT:PSS层的导电性能参数如表1所示。比较例1与实施例1的区别点主要在于，在实施例1中，在PEDOT:PSS薄膜上继续旋涂单硬脂酸甘油酯(作为ASA)的甲醇溶液，从而得到PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层，实施例1中PEDOT:PSS薄膜导电率提高的主要原因在于单硬脂酸甘油酯改变了PEDOT:PSS薄膜中PEDOT的构象，形成了更多的导电通道。
比较例2
PEDOT:PSS薄膜的制备：
先将玻璃衬底用玻璃刀制成15mm宽，20mm长的玻璃片，依次用ITO洗液、水、丙酮和异丙醇超声清洗干净并在真空干燥箱中60℃烘干；
将干净的玻璃衬底放置在旋涂机(KW-4A)的托架上，将用0.45μm过滤膜过滤后的H.C.Starck公司的型号为BaytronPH1000(其导电性优于实施例1中的BaytronP)的PEDOT:PSS水溶液均匀涂满整个玻璃片，PEDOT:PSS的水溶液中PEDOT和PSS的重量比为1∶2.5。通过控制匀胶机转速为1000转/分钟，衬底上沉积一层厚度均匀的PEDOT:PSS薄膜，涂时间均为1分钟，旋涂完后再放入120℃的烘箱内加热30分钟。本比较例制备的PEDOT:PSS层的导电性能参数如表1所示。
比较例3
太阳能电池的制备：
将作为电子给体材料的聚(3-己基噻吩)(P3HT)配成质量浓度为1％的氯苯溶液，将作为电子受体材料C60衍生物的6，6-苯基碳61-2-丁酸甲脂(PCBM)配成质量百分比浓度为0.8％的氯苯溶液，再把两者按相同的体积混合在一起，搅拌均匀得到混合溶液；
将比较例1中沉积有PEDOT:PSS(BaytronP)薄膜的衬底放置在旋涂机(KW-4A)的托盘上，再将搅拌均匀得到的聚3己基噻吩(P3HT):6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)混合物的氯苯溶液经过滤器过滤后均匀涂满整个PEDOT:PSS薄膜表面，控制转速和时间使混合物在PEDOT:PSS薄膜表面形成一层约80nm厚的P3HT:PCBM薄膜，得到聚合物太阳能电池的光活性层；
最后将涂有P3HT:PCBM薄膜的聚合物太阳能电池光活性层的衬底放入到真空镀膜机(上海田京，型号为DM220)中2×10-3Pa真空度下蒸镀铝电极，铝电极的厚度约为100nm，电池有效面积为10mm2，制成结构为玻璃/PEDOT:PSS(80nm)/(P3HT:PCBM)(80nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池，蒸镀完铝电极之后的器件转移到手套箱加热板上，在135℃下热退火处理10分钟。冷却至室温后封装起来，得到聚合物太阳能电池。本比较例制备的聚合物太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下的性能参数如表2和图2所示。
比较例4
将作为电子给体材料的聚(3-己基噻吩)(P3HT)配成质量浓度为1％的氯苯溶液，将作为电子受体材料C60衍生物的6，6-苯基碳61-2-丁酸甲脂(PCBM)配成质量百分比浓度为0.8％的氯苯溶液，再把两者按相同的体积混合在一起，搅拌均匀得到混合溶液；
将比较例2中沉积有PEDOT:PSS(BaytronPH1000)薄膜的衬底放置在旋涂机(KW-4A)的托盘上，再将搅拌均匀得到的聚(3-己基噻吩)(P3HT):6，6-苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)氯苯混合溶液经过滤器过滤后均匀涂满整个PEDOT:PSS薄膜表面，控制转速和时间使混合物在PEDOT:PSS薄膜表面形成一层约80nm厚的P3HT:PCBM薄膜，得到聚合物太阳能电池的光活性层；
最后将涂有P3HT:PCBM薄膜的聚合物太阳能电池光活性层的衬底放入到真空镀膜机(上海田京，型号为DM220)中在2×10-3Pa真空度下蒸镀铝电极，铝电极的厚度约为100nm，电池有效面积为10mm2，制成结构为玻璃/PEDOT:PSS(90nm)/(P3HT:PCBM)(80nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池，蒸镀完铝电极之后的器件转移到手套箱加热板上，在135℃下热退火处理10分钟。冷却至室温后封装起来，得到聚合物太阳能电池。本比较例制备的聚合物太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下的性能参数如表2和图2所示。
比较例5
先将ITO导电玻璃上的ITO用盐酸和硝酸的混合液刻蚀成5mm宽、20mm长的电极，将刻蚀好的具有一定宽度的细条状ITO导电玻璃依次用ITO洗液(RBS洗液，可从Fluka公司购买)、水、丙酮和异丙醇超声清洗干净并在真空干燥箱中60℃烘干；
将干净的ITO导电玻璃放置在旋涂机(KW-4A)的托架上，将用0.45μm过滤膜过滤后的H.C.Starck公司的型号为BaytronP的PEDOT:PSS水溶液均匀涂满整个玻璃片，PEDOT:PSS水溶液中PEDOT和PSS的重量比为1∶2.5。控制转速和时间使PEDOT:PSS在ITO玻璃表面形成一层均匀的约40nm的薄膜(这里的PEDOT:PSS膜作为阳极缓冲层)，再放入120℃的烘箱内加热30分钟；
将作为电子给体材料的聚(3-己基噻吩)(P3HT)和作为电子受体材料C60衍生物的6，6-苯基碳61丁酸甲脂(PCBM)配成质量百分比浓度分别为1％和0.8％的氯仿溶液，再把两者按相同的体积混合在一起，搅拌均匀得到混合溶液；
将涂有PEDOT:PSS薄膜的ITO玻璃放置在旋涂机的托盘上，再将搅拌均匀得到的混合溶液经过滤器过滤后均匀涂满整个PEDOT:PSS薄膜表面，控制转速和时间使混合物在PEDOT:PSS表面形成一层约80nm厚的(P3HT:PCBM)薄膜，得到聚合物太阳能电池的光活性层；
最后将涂有(P3HT:PCBM)薄膜的聚合物太阳能电池光活性层的衬底放入到真空镀膜机(上海田京，型号为DM220)中在2×10-3Pa真空度下蒸镀铝电极，铝电极的厚度约为100nm，电池有效面积为10mm2，制成结构为ITO/PEDOT:PSS(40nm)/P3HT:PCBM(80nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池，蒸镀完铝电极之后的器件转移到手套箱加热板上，在135℃下热退火处理10分钟。冷却至室温后封装起来，得到聚合物太阳能电池，本比较例制备的聚合物太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下的性能参数如表2和图2所示。
比较例6
先将ITO导电玻璃上的ITO用盐酸和硝酸的混合液刻蚀成5mm宽、20mm长的电极，将刻蚀好的具有一定宽度的细条状ITO导电玻璃依次用ITO洗液、水、丙酮和异丙醇超声清洗干净并在真空干燥箱中60℃烘干；
将干净的ITO导电玻璃放置在旋涂机(KW-4A)的托架上，将用0.45μm过滤膜过滤后的H.C.Starck公司的型号为BaytronPH1000(其导电性优于实施例1中的BaytronP)的PEDOT:PSS水溶液均匀涂满整个玻璃片，PEDOT:PSS水溶液中PEDOT和PSS的重量比为1∶2.5。控制转速和时间使PEDOT:PSS在ITO玻璃表面形成一层均匀的约40nm的薄膜，再放入120℃的烘箱内加热30分钟；
将称好的电子给体材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)和电子受体材料C60衍生物6，6-苯基碳61丁酸甲脂(PCBM)配成质量百分比浓度分别为1％和0.8％的氯仿溶液，再把两者按相同的体积混合在一起，搅拌均匀得到混合溶液；
将涂有PEDOT:PSS薄膜的ITO玻璃放置在旋涂机的托盘上，再将搅拌均匀得到的混合溶液经过滤器过滤后均匀涂满整个PEDOT:PSS薄膜表面，控制转速和时间使混合物在PEDOT:PSS表面形成一层约80nm厚的(P3HT:PCBM)薄膜，得到聚合物太阳能电池的光活性层；
最后将涂有(P3HT:PCBM)薄膜的聚合物太阳能电池光活性层的衬底放入到真空镀膜机(上海田京，型号为DM220)中在2×10-3Pa真空度下蒸镀铝电极，铝电极的厚度约为100nm，电池有效面积为10mm2，制成结构为ITO/PEDOT:PSS(40nm)/P3HT:PCBM(80nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池，蒸镀完铝电极之后的器件转移到手套箱加热板上，在135℃下热退火处理10分钟。冷却至室温后封装起来，得到聚合物太阳能电池，本比较例制备的聚合物太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下的性能参数如表2和图2所示。
表1：实施例1-2和比较例1-2制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层及PEDOT:PSS层导电性能参数
从上述实施例可以看出，本发明制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层具有较好的导电性能。
表2实施例3-4和比较例4-6制备的聚合物太阳能电池的性能参数
从上述实施例可以看出，以本发明制备的PEDOT:PSS/ASA复合透明电极层为电极制备的聚合物太阳能电池其能量转化效率接近或超过用ITO为电极制备的同类型的电池效率，可以起到取代ITO的作用。
本发明方法制备的PEDOT:PSS/ASA复合电极具有较好的透光性和导电性，以此为电极制备的聚合物太阳能电池其能量转化效率接近或超过用ITO为电极制备的同类型的电池效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (17)

1.一种复合透明电极，其特征在于，所述复合透明电极由PEDOT:PSS层和ASA层构成，其中PEDOT:PSS表示聚(3,4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)，ASA表示抗静电剂，其中所述ASA层是单硬脂酸甘油酯层或油酸酰胺层。
2.根据权利要求1所述的复合透明电极，其特征在于，所述PEDOT:PSS层的厚度为50-150nm。
3.根据权利要求2所述的复合透明电极，其特征在于，所述PEDOT:PSS层的厚度为80-90nm。
4.根据权利要求1所述的复合透明电极，其特征在于，所述ASA层的厚度为5-20nm。
5.根据权利要求4所述的复合透明电极，其特征在于，所述ASA层的厚度为10-15nm。
6.一种用于制备根据权利要求1-5中任一项所述的复合透明电极的方法，所述方法包括：
通过将PEDOT:PSS的溶液涂覆在衬底上以形成薄膜状的PEDOT:PSS层；和
将ASA的溶液涂覆在所述PEDOT:PSS层上以形成ASA层，从而得到由所述PEDOT:PSS层和所述ASA层构成的复合透明电极。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述PEDOT:PSS的溶液是PEDOT:PSS的水溶液，所述ASA的溶液是ASA的甲醇溶液。
8.一种聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池包括：
透明衬底；
设置在所述衬底上的作为阳极的复合透明电极；
设置在所述复合透明电极上的光活性层；以及
设置在所述光活性层上的阴极，
其特征在于，所述复合透明电极由PEDOT:PSS层和ASA层构成，其中PEDOT:PSS表示聚(3,4-乙烯基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)，ASA表示抗静电剂，其中所述ASA层是单硬脂酸甘油酯层或油酸酰胺层。
9.根据权利要求8所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述PEDOT:PSS层的厚度为50-150nm。
10.根据权利要求8所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述ASA层的厚度为5-20nm。
11.根据权利要求8所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述光活性层为由聚(3-己基噻吩)和6,6-苯基碳61丁酸甲酯的混合物构成。
12.根据权利要求8所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述光活性层的厚度为100～250nm。
13.根据权利要求8所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述透明衬底为玻璃或透明聚合物衬底，所述阴极由金属铝或钙构成。
14.一种用于制备根据权利要求8-13中任一项所述的聚合物太阳能电池的方法，所述方法包括：
在透明衬底上通过涂覆PEDOT:PSS的溶液以形成PEDOT:PSS层，并在PEDOT:PSS层上通过涂覆ASA的溶液以形成ASA层，从而形成由所述PEDOT:PSS层和所述ASA层构成的复合透明电极；
在所述复合透明电极层上形成光活性层；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。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述PEDOT:PSS的溶液是PEDOT:PSS的水溶液，所述ASA的溶液是ASA的甲醇溶液。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述光活性层通过涂覆聚(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。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，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。
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