CN103035843A - 一种有机光伏电池及其制备方法 - Google Patents

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赵治亚
金曦
张贤高
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Abstract

本发明提供一种有机光伏电池及其制备方法，该电池依次包括透明导电衬底、PEDOT:PSS阳极缓冲层、活性层和金属背电极层，所述的PEDOT:PSS阳极缓冲层含有金属纳米球。通过在透明导电衬底上旋涂带有金属纳米球成份的PEDOT:PSS阳极缓冲层，利用金属纳米球表面形成局域表面等离子激元来大幅度增加对太阳光的吸收，来能提高太阳能电池的效率。

Description

一种有机光伏电池及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及有机光电领域，尤其涉及一种有机光伏电池及其制备方法。
【背景技术】
能源危机是全球共同关注的问题，随着社会各项综合实力的全面发展，人们对能源的需求也日益增加。但传统能源石油、天然气和煤日趋枯竭，并且，这些能源在消耗的过程中产生的大量CO2气体，对环境也造成严重的污染。日本地震使得人们对核能的利用也产生新的恐惧，因此，开发新的可再生能源一直是相关行业追求的目标。
太阳能取之不尽，用之不竭，而且洁净无污染。利用太阳光发电已经成为世界各国经济可持续发展的新能源战略，太阳能电池的研究主要围绕两个关键问题而展开：1)提高光电转换效率及寿命；2)新型材料制备以降低成本；到目前为止，以无机硅材料为代表的光伏电池通过可以达到10-20％的转换效率，然而无机硅太阳能电池的发电成本相对火力发电仍然很贵，大约为3元/度，这使得其应用受到很大的限制；虽然有机太阳能电池廉价，容易制备，但是其效率较低一直是广泛应用的瓶颈。
【发明内容】
本发明所的目的是针对现有有机光伏电池制备中对太阳能吸收率低、稳定性差问题，提供一种PEDOT:PSS阳极缓冲层含有金属纳米球的有机光伏电池及其制备方法。
本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种有机光伏电池，依次包括透明导电衬底、PEDOT:PSS阳极缓冲层、活性层和金属背电极层，其特征在于：所述的PEDOT:PSS阳极缓冲层含有金属纳米球。
所述的金属纳米球为金纳米球或银纳米球。
所述的金属纳米球比例占PEDOT:PSS阳极缓冲层质量的10％-30％。
所述的金属纳米球的直径为40-60纳米。
所述的透明导电衬底是带有ITO、FTO或AZO导电层的玻璃或柔性衬底。
所述的活性层为有机活性层P3HT/PCBM。
一种有机光伏电池的制备方法，其特征在于：其制备方法包括：
a、预制混合导电溶液：将金属纳米球加入到PEDOT:PSS溶液中充分混合；
b、清洗透明导电衬底并烘干；
c、在空气中或在惰性气体保护下，在透明导电衬底上旋涂带有金属纳米球成份的PEDOT:PSS阳极缓冲层，干燥；
d、在PEDOT:PSS阳极缓冲层上旋涂有机活性层，热处理；
e、采用热蒸镀法蒸镀金属背电极层。
所述的金属纳米球为金纳米球或银纳米球。
所述的金属纳米球比例占PEDOT:PSS阳极缓冲层质量的10％-30％。
所述的透明导电衬底是带有ITO、FTO或AZO导电层的玻璃或柔性衬底。
所述的活性层为有机活性层P3HT/PCBM。
由于纳米金属材料独特的结构特征(晶粒尺寸在纳米量级和含有大量的内界面)、纳米金属材料表现出一系列优异的理化及力学性能，从而能提高材料的综合性能。
本发明的有益效果为：通过在透明导电衬底上旋涂带有金属纳米球成份的PEDOT:PSS阳极缓冲层，利用金属纳米球表面形成局域表面等离子激元来大幅度增加对太阳光的吸收，从而能提高太阳能电池的效率；采用溶液加工，不需要高真空的制备条件，制备条件简单，适用于大规模的工业化生产有机太阳能电池。
【附图说明】
图1为本发明有机光伏电池的结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种有机光伏电池，如图1所示，依次包括透明导电衬底、带有金属纳米球6的PEDOT:PSS阳极缓冲层3、在PEDOT:PSS阳极缓冲层3上旋涂有机活性层P3HT/PCBM2和金属背电极层1；所述的透明导电衬底是带有ITO、FTO或AZO导电层4的玻璃5或柔性衬底，所述的金属纳米球6比例占PEDOT:PSS阳极缓冲层3质量的10％-30％，所述金属纳米球的直径为40-60纳米，所述的金属纳米球为金纳米球或银纳米球。
一种有机光伏电池的制备方法，其制备方法包括：
a、预制混合导电溶液：将金属纳米球6如金纳米球或银纳米球加入到PEDOT:PSS溶液中充分混合；
b、清洗透明导电衬底并烘干；
c、在空气中或在惰性气体保护下，在透明导电衬底上旋涂带有金属纳米球6成份的PEDOT:PSS阳极缓冲层3，干燥；
d、在PEDOT:PSS阳极缓冲层3上旋涂有机活性层P3HT/PCBM2，热处理；
e、采用热蒸镀法蒸镀金属背电极层1。
由于纳米金属材料独特的结构特征(晶粒尺寸在纳米量级和含有大量的内界面)、纳米金属材料表现出一系列优异的理化及力学性能，从而能提高材料的综合性能；通过在透明导电衬底上旋涂带有金属纳米球成份的PEDOT:PSS阳极缓冲层，利用金属纳米球表面形成局域表面等离子激元来大幅度增加对太阳光的吸收，从而提高太阳能电池的效率；采用溶液加工，不需要高真空的制备条件，制备条件简单，适用于大规模的工业化生产有机太阳能电池。
实施例一：
(1)预制混合导电溶液：将金纳米球加入到PEDOT:PSS溶液中充分混合，金纳米球与PEDOT:PSS的重量比为1∶9，金纳米球的直径为40纳米。；
(2)将3mm*3mm的ITO玻璃在清洁剂中反复清洗后，再分别经异丙醇、丙酮和氯仿溶液浸泡并超声清洗，最后在红外烘箱中干燥待用；
(3)在空气中或在惰性气体保护下，在ITO玻璃上旋涂带有金纳米球成份的PEDOT:PSS阳极缓冲层，在150度下干燥15分钟；
(4)在PEDOT:PSS阳极缓冲层上旋涂有机活性层P3HT/PCBM，在130度下干燥35分钟；
(5)借助条形掩膜板，在有机活性层P3HT/PCBM上真空蒸镀90nm的Al做背电极，从而制成有机光伏电池；
用类似方法制作PEDOT:PSS阳极缓冲层不含金纳米球的对比器件，在光照下，通过对比，PEDOT:PSS阳极缓冲层带有金纳米球成份的有机光伏电池比对比器件的吸光率提高了15％-20％。
实施例二：
(1)预制混合导电溶液：将金纳米球加入到PEDOT:PSS溶液中充分混合，金纳米球与PEDOT:PSS的重量比为1∶4，金纳米球的直径为40纳米；
(2)将3mm*3mm的ITO玻璃在清洁剂中反复清洗后，再分别经异丙醇、丙酮和氯仿溶液浸泡并超声清洗，最后在红外烘箱中干燥待用；
(3)在空气中或在惰性气体保护下，在ITO玻璃上旋涂带有金纳米球成份的PEDOT:PSS阳极缓冲层，在150度下干燥15分钟；
(4)在PEDOT:PSS阳极缓冲层上旋涂有机活性层P3HT/PCBM，在130度下干燥35分钟；
(5)借助条形掩膜板，在有机活性层P3HT/PCBM上真空蒸镀90nm的Al做背电极，从而制成有机光伏电池；
用类似方法制作PEDOT:PSS阳极缓冲层不含金纳米球的对比器件，在与实施例一相同的光照条件下，通过对比，PEDOT:PSS阳极缓冲层带有金纳米球成份的有机光伏电池比对比器件的吸光率提高了15％-20％。
并且在金纳米球直径一定的情况下，增加金纳米球的含量，所制成的有机光伏电池相对于实施例一中制得的有机光伏电池的吸光率提高了10％-15％。
实施例三：
实施例三相对于实施例一的不同点在于：PEDOT:PSS阳极缓冲层中金纳米颗粒的含量相同，但直径不同，例如直径为50纳米或60纳米，在相同的光照条件下，制得的有机光伏电池的吸光率提高了10％或15％-20％左右。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (11)

1.一种有机光伏电池，依次包括透明导电衬底、PEDOT:PSS阳极缓冲层、活性层和金属背电极层，其特征在于：所述的PEDOT:PSS阳极缓冲层含有金属纳米球。
2.根据权利要求1所述的有机光伏电池，其特征在于：所述的金属纳米球为金纳米球或银纳米球。
3.根据权利要求1所述的有机光伏电池，其特征在于：所述的金属纳米球比例占PEDOT:PSS阳极缓冲层质量的10％-30％。
4.根据权利要求1所述的有机光伏电池，其特征在于：所述的金属纳米球的直径为40-60纳米。
5.根据权利要求1所述的有机光伏电池，其特征在于：所述的透明导电衬底是带有ITO、FTO或AZO导电层的玻璃或柔性衬底。
6.根据权利要求1所述的有机光伏电池，其特征在于：所述的活性层为有机活性层P3HT/PCBM。
7.一种有机光伏电池的制备方法，其特征在于：其制备方法包括：
a、预制混合导电溶液：将金属纳米球加入到PEDOT:PSS溶液中充分混合；
b、清洗透明导电衬底并烘干；
c、在空气中或在惰性气体保护下，在透明导电衬底上旋涂带有金属纳米球成份的PEDOT:PSS阳极缓冲层，干燥；
d、在PEDOT:PSS阳极缓冲层上旋涂有机活性层，热处理；
e、采用热蒸镀法蒸镀金属背电极层。
8.根据权利要求7所述的有机光伏电池的制备方法，其特征在于：所述的金属纳米球为金纳米球或银纳米球。
9.根据权利要求7所述的有机光伏电池，其特征在于：所述的金属纳米球比例占PEDOT:PSS阳极缓冲层质量的10％-30％。
10.根据权利要求7所述的有机光伏电池的制备方法，其特征在于：所述的透明导电衬底是带有ITO、FTO或AZO导电层的玻璃或柔性衬底。
11.根据权利要求7所述的有机光伏电池，其特征在于：所述的活性层为有机活性层P3HT/PCBM。
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