CN102983278A - 掺杂聚合物太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能电池领域，其公开了一种掺杂聚合物太阳能电池及其制备方法；该掺杂聚合物太阳能电池依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层以及阴极层；且所述活性层的材质选自掺杂TiO₂粉末的P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM。本发明的掺杂聚合物太阳能电池，通过在活性层中添加孔隙率高、比表面积大的TiO₂粉末；一方面，TiO₂粉末可使太阳光在太阳能电池的功能层内发生多次反射，加强材料对光的吸收；另一方面，TiO₂粉末有利于电荷的传输，可使电子的传输速率加快，提高阴极的电荷收集效率，最终提高掺杂聚合物太阳能电池的光电转换效率。

Description

掺杂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，尤其涉及一种掺杂聚合物太阳能电池及其制备方。

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/em²430nm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：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。

研究表明，在聚合物中电子的迁移率要远低于空穴的迁移率，加之载流子产生的位置使得电子在聚合物太阳能电池中的传输距离长于空穴的传输距离；因此聚合物太阳能电池中电子向阴极电极处的传输是十分困难的。这将导致大量的载流子在传输过程中复合消失，不会对光生电流有任何的贡献，严重的影响了聚合物电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以提高光电转换效率的掺杂聚合物太阳能电池。

一种掺杂聚合物太阳能电池，其包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层以及阴极层；所述活性层的材质选自掺杂TiO₂粉末的P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM。

所述掺杂聚合物太阳能电池中：

所述阳极基底选自铟锡氧化物玻璃(ITO)、掺氟氧化锡玻璃(FTO)、掺铝氧化锌玻璃(AZO)或掺铟氧化锌玻璃(IZO)；

所述空穴缓冲层的材质为重量比为2∶1～6∶1的聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚对苯磺酸盐(PSS)组成的混合材料，即PEDOT:PSS；

所述活性层中，所述TiO₂的掺杂质量百分比为0.5～5％，所述TiO₂粉末的粒径为20-200nm。

所述电子缓冲层的材质选自氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li₂CO₃)、碳酸铯(Cs₂CO₃)、氮化铯(CsN₃)、氯化锂(LiCl)、碘化锂(LiI)及溴化锂(LiBr)中的至少一种；

所述阴极层的材质选自铝(Al)、银(Ag)、钙(Ca)、铜(Cu)、金(Au)及铂(Pt)中的至少一种；所述阴极层的厚度为80-200nm。

本发明的另一目的在于提供上述掺杂聚合物太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S1、清洗阳极基底，随后对所述阳极基底的阳极层表面进行表面处理；

S2、在经步骤S1表面处理过的所述阳极层表面依次层叠旋涂空穴缓冲层、活性层；其中，所述活性层的材质选自P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM溶液体系，且所述溶液体系中掺杂有TiO₂粉末；

S3、在所述活性层的表面依次层叠蒸镀电子缓冲层和阴极层；

上述工艺步骤完成后，制得所述掺杂聚合物太阳能电池。

上述制备方法中，步骤S1中，阳极基底的清洗处理包括：依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物。

上述制备方法中，步骤S2中，所述活性层的制备工艺中还包括步骤：所述活性层旋涂完成后，还需在50～200℃、惰性气氛中进行退火处理10～100min，或者室温下放置处理24～48h。

本发明的掺杂聚合物太阳能电池，通过在活性层中添加孔隙率高、比表面积大的TiO₂粉末；一方面，TiO₂粉末可使太阳光在太阳能电池的功能层内发生多次反射，加强材料对光的吸收；另一方面，TiO₂粉末有利于电荷的传输，可使电子的传输速率加快，提高阴极的电荷收集效率，最终提高掺杂聚合物太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

图1为本发明的掺杂聚合物太阳能电池的结构示意图；

图2为本发明的掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺流程图；

图3为实施例1的掺杂聚合物太阳能电池与对比例中未掺杂聚合物太阳能电池的电流密度与电压关系曲线图。

具体实施方式

本发明提供的一种掺杂聚合物太阳能电池，如图1所示，其包括依次层叠的阳极基底11、空穴缓冲层12、活性层13、电子缓冲层14以及阴极层15；所述活性层13的材质选自掺杂TiO₂粉末的P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM  或者MEH-PPV:PCBM，且P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM为主体材料，TiO₂粉末为掺杂材料。

其中，P3HT为聚3-己基噻吩，MDMO-PPV为聚[2-甲氧基-5-(3，7.二甲基辛氧基)对苯撑乙烯]，MEH-PPV为聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑]，PCBM为[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯。

所述掺杂聚合物太阳能电池中：

所述阳极基11底选自铟锡氧化物玻璃(ITO)、掺氟氧化锡玻璃(FTO)、掺铝氧化锌玻璃(AZO)或掺铟氧化锌玻璃(IZO)；这些阳极基底中，基底均为玻璃，而阳极层分别为铟锡氧化物、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌、掺铟氧化锌；

所述空穴缓冲层12的材质为重量比为2∶1～6∶1的PEDOT∶PSS；所述空穴缓冲层的厚度为20～80nm；其中，PEDOT为聚3，4-二氧乙撑噻吩，PSS为聚苯乙烯磺酸钠；

所述活性层13中，所述TiO₂的掺杂质量百分比为0.5～5％，所述TiO₂粉末的粒径为20-200nm；所述活性层的厚度为80～300nm；

所述电子缓冲层14的材质选自氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li₂CO₃)、碳酸铯(Cs₂CO₃)、氮化铯(CsN₃)、氯化锂(LiCl)、碘化锂(LiI)及溴化锂(LiBr)中的至少一种；所述电子缓冲层的厚度为0.5～10nm；所述电子缓冲层中，材质优选LiF，厚度优选0.7nm；

所述阴极层15的材质选自铝(A1)、银(Ag)、钙(Ca)、铜(Cu)、金(Au)及铂(Pt)中的至少一种；所述阴极层的厚度为80～200nm；所述阴极层中，材质优选Al，厚度优选150nm。

上述掺杂聚合物太阳能电池的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1、先将阳极基底进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

S2、依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗阳极基底15min，去除玻璃表面的有机污染物；

S3、对所述阳极基底的阳极层表面进行表面处理，这种处理可以提高功函数，降低层与层之间的注入势垒；处理工艺为：功率为10～50W条件下氧等离子处理5～15min或者UV-臭氧处理5～20min；

S4、在经步骤S3表面处理过的所述阳极层表面依次层叠旋涂空穴缓冲层；

S5、在所述空穴缓冲层的表面旋涂活性层；其中，所述活性层的材质选自P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM溶液体系，且所述溶液体系中掺杂有TiO₂粉末；

S6、在所述活性层的表面依次层叠蒸镀电子缓冲层；

S7、在电子缓冲层表面蒸镀阴极层；

上述工艺步骤完成后，制得所述掺杂聚合物太阳能电池。

上述制备方法中，步骤S4中，所述空穴缓冲层的旋涂工艺中：

将PEDOT:PSS水溶液通过旋涂的方式制备在阳极基底的阳极层表面，旋涂后在100～200℃下加热干燥处理15～60min，并控制厚度在20～80nm，制得空穴缓冲层；其中，PEDOT:PSS水溶液中，PEDOT:PSS为溶质，其质量百分比为1～5％，且PEDOT∶PSS的重量比为2∶1～6∶1；优选地，PEDOT∶PSS的重量比为6∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为1.3％，加热干燥处理温度200℃，加热干燥处理时间30min，厚度为40nm。

上述制备方法中，步骤S5中，所述活性层的旋涂工艺中：

在P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM溶液体系中，溶质分别为P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM，溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯或氯仿的一种或两种混合溶剂，且溶质P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或MEH-PPV:PCBM的总浓度控制在8～30mg/ml；TiO₂粉末的掺杂质量百分比为0.5～5％、TiO₂粉末的粒径为20-200nm；

在P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM溶液体系中，P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM为主体材料，TiO₂粉末为掺杂材料；

当活性层的材质选自P3HT:PCBM溶液体系掺杂TiO₂粉末时，P3HT∶PCBM的质量比控制在1∶0.8～1∶1的范围；

当活性层的材质选自MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM溶液体系掺杂TiO₂粉末时，MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM的质量比控制在1∶1～1∶4的范围；

将粒径为20nm的锐钛矿经研磨混合、450℃下马弗炉中煅烧30min、冷却研磨后获得粒径为20-200nm的TiO₂粉末。

上述制备方法中，步骤S5中，所述活性层的制备工艺中还包括步骤：所述活性层旋涂完成后，还需在50～200℃下、惰性气氛中对所述活性层进行退火处理10～100min；或者室温下放置处理24～48h。

本发明的掺杂聚合物太阳能电池，通过在活性层中添加孔隙率高、比表面积大的TiO₂粉末；一方面，TiO₂粉末可使太阳光在太阳能电池的功能层内发生多次反射，加强材料对光的吸收；另一方面，TiO₂粉末有利于电荷的传输，可使电子的传输速率加快，提高阴极的电荷收集效率，最终提高掺杂聚合物太阳能电池的光电转换效率。

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

下述实施例1～8中，将粒径为20nm的锐钛矿经研磨混合、450℃下马弗炉中煅烧30min、冷却研磨后获得粒径为20-200nm的TiO₂粉末。

实施例1

本实施例1中的掺杂聚合物太阳能电池的结构为：ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:TiO₂/LiF/Al。

该掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺步骤如下：

1、先将ITO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

2、对步骤1得到的ITO依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

3、在清洗干净的ITO的阳极层表面进行表面处理，如，功率为35W条件下，氧等离子处理时间为5min；

4、在经表面处理过的阳极层表面旋涂空穴缓冲层：材料为PEDOT:PSS水溶液，PEDOT∶PSS的重量比为6∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为1.3％，旋涂PEDOT:PSS水溶液后，于200℃下加热30min，控制空穴缓冲层的厚度为40nm；

5、在空穴缓冲层的表面旋涂活性层：主体材料为P3HT:PCBM的甲苯溶液体系，掺杂材料为TiO₂粉末，且掺杂的质量百分比为1％，TiO₂粉末的粒径为20-200nm；在P3HT:PCBM甲苯溶液体系中，P3HT∶PCBM质量比为1∶1，P3HT:PCBM的总浓度为24mg/ml；活性层是在充满氮气的手套箱中进行旋涂完成的，旋涂结束后，活性层需在150℃下退火15min，并控制活性层厚度为140nm；

6、在所述活性层表面蒸镀电子缓冲层：材料为LiF，厚度为0.7nm；

7、接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层：材料为Al，厚度为80nm；

上述工艺结束后，得到所需要的掺杂聚合物太阳能电池。

图3为实施例1的掺杂聚合物太阳能电池与对比例中未掺杂聚合物太阳能电池的电流密度与电压关系曲线图；其中，曲线1为对比例中未掺杂聚合物太阳能电池(其结构为：ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/A)的电流密度-电压曲线，曲线2为实施例1的掺杂聚合物太阳能电池的电流密度-电压曲线；根据附图3可以知道，当电压为0时，实施例1的掺杂聚合物太阳能电池的短路电流较大，如在电压为0.6V的时候，对比例的电流密度为3.1mA·cm^-2，而实施例1的电流密度为4.1mA·cm^-2，在电压为0.3V的时候，对比例的电流密度为6.5mA·cm^-2，而实施例1的电流密度为8.1mA·cm^-2，这就说明，掺杂之后的掺杂聚合物太阳能电池可以获得更高的电子传输速率，从而提高电流密度。

实施例1和对比例的光电流测试数据，如表1所示

表1

	电流密度(mA·cm-2)	电压(V)	效率(％)	填充因子
					实施例1	11.53	0.73	2.89	0.34
对比例	10.07	0.72	2.44	0.34

从表1可以看到，实施例1的电流密度从10.07mA·cm^-2增大到了11.53mA·cm^-2，电压提高了0.1eV，这说明了加入TiO₂的掺杂聚合物太阳能电池，加强了掺杂聚合物太阳能电池对光的吸收；并使电子的传输速率加快，提高阴极的电荷收集效率，最终使掺杂聚合物太阳能电池的能量转换效率得到了增强.，能量转换效率从2.44％增大到了2.89％。

实施例2

本实施例2中的掺杂聚合物太阳能电池结构为：ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:TiO₂/LiF/Al。

该掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺步骤如下：

1、先将ITO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

2、对步骤1得到的ITO依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

3、在清洗干净的ITO的阳极层表面进行表面处理，如，功率为35W条件下，氧等离子处理时间为5min；

4、在经表面处理过的阳极层表面旋涂空穴缓冲层：材料为PEDOT:PSS水溶液，PEDOT∶PSS的重量比为2∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为5％，旋涂PEDOT:PSS水溶液后，于200℃下加热30min，控制空穴缓冲层的厚度为40nm；

5、在空穴缓冲层的表面旋涂活性层：主体材料为P3HT:PCBM的甲苯和氯仿溶液体系，掺杂材料为TiO₂粉末，且掺杂的质量百分比为1％，TiO₂粉末的粒径为20nm；在P3HT:PCBM甲苯和氯仿溶液体系中，P3HT∶PCBM质量比为1∶0.9，P3HT:PCBM的总浓度为20mg/ml；活性层是在充满氩气的手套箱中进行旋涂完成的，旋涂结束后，活性层需在80℃下退火30min，并控制活性层厚度为100nm；

6、在所述活性层表面蒸镀电子缓冲层：材料为LiF，厚度为0.5nm；

7、接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层：材料为Al，厚度为200nm；

上述工艺结束后，得到所需要的掺杂聚合物太阳能电池。

实施例3

本实施例3中的掺杂聚合物太阳能电池结构为：ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:TiO₂/Li₂CO₃/Ca。

该掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺步骤如下：

1、先将ITO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

2、对步骤1得到的ITO依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

3、在清洗干净的ITO的阳极层表面进行表面处理，如，功率为15W条件下，氧等离子处理时间为15min；

4、在经表面处理过的阳极层表面旋涂空穴缓冲层：材料为PEDOT:PSS水溶液，PEDOT∶PSS的重量比为3∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为1％，旋涂PEDOT:PSS水溶液后，于120℃下加热50min，控制空穴缓冲层的厚度为20nm；

5、在空穴缓冲层的表面旋涂活性层：主体材料为P3HT:PCBM的氯仿溶液体系，掺杂材料为TiO₂粉末，且掺杂的质量百分比为0.5％，TiO₂粉末的粒径为40nm；在P3HT:PCBM氯仿溶液体系中，P3HT∶PCBM质量比为1∶0.8，P3HT:PCBM的总浓度为12mg/ml；活性层是在充满氩气的手套箱中进行旋涂完成的，旋涂结束后，活性层需在200℃下退火10min，并控制活性层厚度为100nm；

6、在所述活性层表面蒸镀电子缓冲层：材料为Li₂CO₃，厚度为10nm；

7、接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层：材料为Ca，厚度为100nm；

上述工艺结束后，得到所需要的掺杂聚合物太阳能电池。

实施例4

本实施例4中的掺杂聚合物太阳能电池结构为：AZO/PEDOT:PSS/MDMO:PCBM:TiO₂/LiI/Cu。

该掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺步骤如下：

1、先将AZO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

2、对步骤1得到的AZO依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

3、在清洗干净的AZO的阳极层表面进行表面处理，如，功率为15W条件下，氧等离子处理时间为15min；

4、在经表面处理过的阳极层表面旋涂空穴缓冲层：材料为PEDOT:PSS水溶液，PEDOT∶PSS的重量比为4∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为2.5％，旋涂PEDOT:PSS水溶液后，于180℃下加热25min，控制空穴缓冲层的厚度为80nm；

5、在空穴缓冲层的表面旋涂活性层：主体材料为MDMO:PCBM的二甲苯溶液体系，掺杂材料为TiO₂粉末，且掺杂的质量百分比为1.5％，TiO₂粉末的粒径为200nm；在MDMO:PCBM的二甲苯溶液体系中，MDMO∶PCBM质量比为1∶4，MDMO:PCBM的总浓度为20mg/ml；活性层是在充满氩气和氮气的手套箱中进行旋涂完成的，旋涂结束后，活性层需在200℃下退火10min，并控制活性层厚度为120nm；

6、在所述活性层表面蒸镀电子缓冲层：材料为LiI，厚度为5nm；

7、接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层：材料为Cu，厚度为200nm；

上述工艺结束后，得到所需要的掺杂聚合物太阳能电池。

实施例5

本实施例5中的掺杂聚合物太阳能电池结构为：IZO/PEDOT:PSS/MDMO:PCBM:TiO₂/LiCl/Pt。

该掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺步骤如下：

1、先将IZO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

2、对步骤1得到的IZO依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

3、在清洗干净的IZO的阳极层表面进行表面处理，如，UV-臭氧处理10min；

4、在经表面处理过的阳极层表面旋涂空穴缓冲层：材料为PEDOT:PSS水溶液，PEDOT∶PSS的重量比为5∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为5％，旋涂PEDOT:PSS水溶液后，于150℃下加热30min，控制空穴缓冲层的厚度为60nm；

5、在空穴缓冲层的表面旋涂活性层：主体材料为MDMO:PCBM的氯苯溶液体系，掺杂材料为TiO₂粉末，且掺杂的质量百分比为5％，TiO₂粉末的粒径为100nm；在MDMO:PCBM的氯苯溶液体系中，MDMO:PCBM质量比为1∶1，MDMO:PCBM的总浓度为20mg/ml；活性层是在充满氮气的手套箱中进行旋涂完成的，旋涂结束后，活性层需在室温下放置处理48h，并控制活性层厚度为200nm；

6、在所述活性层表面蒸镀电子缓冲层：材料为LiCl，厚度为7nm；

7、接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层：材料为Pt，厚度为150nm；

上述工艺结束后，得到所需要的掺杂聚合物太阳能电池。

实施例6

本实施例6中的掺杂聚合物太阳能电池结构为：ITO/PEDOT:PSS/MDMO:PCBM:TiO₂/CsN₃/Ag。

该掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺步骤如下：

1、先将ITO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

2、对步骤1得到的ITO依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

3、在清洗干净的ITO的阳极层表面进行表面处理，如，UV-臭氧处理10min；

4、在经表面处理过的阳极层表面旋涂空穴缓冲层：材料为PEDOT:PSS水溶液，PEDOT∶PSS的重量比为2∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为1.5％，旋涂PEDOT:PSS水溶液后，于200℃下加热15min，控制空穴缓冲层的厚度为70nm；

5、在空穴缓冲层的表面旋涂活性层：主体材料为MDMO:PCBM的氯苯溶液体系，掺杂材料为TiO₂粉末，且掺杂的质量百分比为0.5％，TiO₂粉末的粒径为20nm；在MDMO:PCBM的氯苯溶液体系中，MDMO:PCBM质量比为1∶3，MDMO:PCBM的总浓度为20mg/ml；活性层是在充满氮气的手套箱中进行旋涂完成的，旋涂结束后，活性层需在室温下放置处理24h，并控制活性层厚度为300nm；

6、在所述活性层表面蒸镀电子缓冲层：材料为CsN₃，厚度为0.5nm；

7、接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层：材料为Ag，厚度为100nm；

上述工艺结束后，得到所需要的掺杂聚合物太阳能电池。

实施例7

本实施例7中的掺杂聚合物太阳能电池结构为：IZO/PEDOT:PSS/MDMO:PCBM:TiO₂/Cs₂CO₃/Au。

该掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺步骤如下：

1、先将IZO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

2、对步骤1得到的IZO依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

3、在清洗干净的IZO的阳极层表面进行表面处理，如，功率为10W条件下，氧等离子处理时间为20min；

4、在经表面处理过的阳极层表面旋涂空穴缓冲层：材料为PEDOT:PSS水溶液，PEDOT∶PSS的重量比为2∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为5％，旋涂PEDOT:PSS水溶液后，于100℃下加热60min，控制空穴缓冲层的厚度为60nm；

5、在空穴缓冲层的表面旋涂活性层：主体材料为MDMO:PCBM的氯苯和二甲苯溶液体系，掺杂材料为TiO₂粉末，且掺杂的质量百分比为2％，TiO₂粉末的粒径为150nm；在MDMO:PCBM的氯苯和二甲苯溶液体系中，MDMO∶PCBM质量比为1∶2，MDMO:PCBM的总浓度为8mg/ml；活性层是在充满氮气的手套箱中进行旋涂完成的，旋涂结束后，活性层需在50℃下退火100min，并控制活性层厚度为250nm；

6、在所述活性层表面蒸镀电子缓冲层：材料为Cs₂CO₃，厚度为10nm；

7、接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层：材料为Au，厚度为180nm；

上述工艺结束后，得到所需要的掺杂聚合物太阳能电池。

实施例8

本实施例8中的掺杂聚合物太阳能电池结构为：FTO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM:TiO₂/LiBr/Al。

该掺杂聚合物太阳能电池的制备工艺步骤如下：

1、先将FTO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小；

2、对步骤1得到的FTO依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

3、在清洗干净的FTO的阳极层表面进行表面处理，如，功率为10W条件下，氧等离子处理时间为20min；

4、在经表面处理过的阳极层表面旋涂空穴缓冲层：材料为PEDOT:PSS水溶液，PEDOT∶PSS的重量比为6∶1，PEDOT∶PSS的质量百分比为1.3％，旋涂PEDOT:PSS水溶液后，于200℃下加热30min，控制空穴缓冲层的厚度为40nm；

5、在空穴缓冲层的表面旋涂活性层：主体材料为MEH-PPV:PCBM的氯苯和甲苯溶液体系，掺杂材料为TiO₂粉末，且掺杂的质量百分比为4.5％，TiO₂粉末的粒径为200nm；在MEH-PPV:PCBM的氯苯和甲苯溶液体系中，MEH-PPV∶PCBM质量比为1∶3，MEH-PPV:PCBM的总浓度为15mg/ml；活性层是在充满氮气的手套箱中进行旋涂完成的，旋涂结束后，活性层需在室温下放置30h，并控制活性层厚度为250nm；

6、在所述活性层表面蒸镀电子缓冲层：材料为LiBr，厚度为8nm；

7、接着在电子缓冲层表面蒸镀阴极层：材料为Al，厚度为120nm；

上述工艺结束后，得到所需要的掺杂聚合物太阳能电池。

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 (10)

1.一种掺杂聚合物太阳能电池，其特征在于，其包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层以及阴极层；所述活性层的材质选自掺杂TiO₂粉末的P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM。

2.根据权利要求1所述的掺杂聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阳极基底选自铟锡氧化物玻璃、掺氟氧化锡玻璃、掺铝氧化锌玻璃或掺铟氧化锌玻璃。

3.根据权利要求1所述的掺杂聚合物太阳能电池，其特征在于，所述空穴缓冲层的材质为重量比为2∶1～6∶1的聚3，4-二氧乙烯噻吩与聚对苯磺酸盐组成的混合材料。

4.根据权利要求1所述的掺杂聚合物太阳能电池，其特征在于，所述活性层中，所述TiO₂粉末的掺杂质量百分比为0.5～5％。

5.根据权利要求1或4所述的掺杂聚合物太阳能电池，其特征在于，所述TiO₂粉末的粒径为20-200nm。

6.根据权利要求1所述的掺杂聚合物太阳能电池，其特征在于，所述电子缓冲层的材质选自氟化锂、碳酸锂、碳酸铯、氮化铯、氯化锂、碘化锂及溴化锂中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的掺杂聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阴极层的材质选自铝、银、钙、铜、金及铂中的至少一种。

8.一种掺杂聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、清洗阳极基底，随后对所述阳极基底的阳极层表面进行表面处理；

S2、在经步骤S1表面处理过的所述阳极层表面依次层叠旋涂空穴缓冲层、活性层；其中，所述活性层的材质选自P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM溶液体系，且所述溶液体系中掺杂有TiO₂粉末；

S3、在所述活性层的表面依次层叠蒸镀电子缓冲层和阴极层；

上述工艺步骤完成后，制得所述掺杂聚合物太阳能电池。

9.根据权利要求8所述的掺杂聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述阳极基底的清洗处理包括：依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min。

10.根据权利要求8所述的掺杂聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述活性层的旋涂工艺中还包括步骤：所述活性层旋涂完成后，还需在50～200℃、惰性气氛中进行退火处理10～100min，或者室温下放置处理24～48h。

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