CN103137873A - 一种高聚物太阳能电池器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高聚物太阳能电池器件，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层及阴极。高聚物太阳能电池器件还包括位于活性层与阴极之间的电子传输层，电子传输层的材料为锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。上述高聚物太阳能电池器件的电子传输层为锐钛矿相的纳米二氧化钛，可以很好地使电子从活性层传递到纳米二氧化钛的导带中，然后再传递到阴极上，形成有效的电子传输路径，提高了高聚物太阳能电池器件的能量转换效率。上述高聚物太阳能电池器件的制备方法的简单，有利于未来的产业化生产。此外，还提供了一种高聚物太阳能电池器件的制备方法。

Description

一种高聚物太阳能电池器件及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种高聚物太阳能电池器件及其制备方法。

【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等发现聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙烯(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/cm² 430nm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。

目前常用的活性层由共轭聚合物给体(如聚3-己基噻吩(P₃HT))和C₆₀或者C₇₀的衍生物(PCBM)共混而成，这种方法的特点就是可以将给体和受体互相渗透并形成三维的互穿网络状的共混薄膜，大幅度的增大了两相界面，有效地实现了激子的分离，使激子的扩散距离大大缩短，扩散效率大大提高，从而使得聚合物太阳能电池效率明显增加。但是，由于激子的分离效率依然不高，使得活性层的激子不能很好的进行分离和传输，且电子的传输效率远远低于空穴的传输效率，从而极大的制约了聚合物太阳能电池能量转换效率的提高。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种具有较高能量转换效率的高聚物太阳能电池器件。

一种高聚物太阳能电池器件，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层及阴极，所述高聚物太阳能电池器件还包括位于所述活性层与所述阴极之间的电子传输层，所述电子传输层的材料为锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

在优选的实施例中，所述电子传输层的厚度为50纳米～300纳米。

在优选的实施例中，所述阳极基底为铟锡氧化物玻璃、掺氟的氧化锡玻璃、掺铝的氧化锌玻璃及掺铟的氧化锌玻璃中的一种。

在优选的实施例中，所述空穴缓冲层的材料为掺杂3，4-乙烯基二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸，所述3，4-乙烯基二氧噻吩与所述聚苯乙烯磺酸的重量比为2∶1～6∶1，且所述空穴缓冲层的厚度为20纳米～80纳米。

在优选的实施例中，所述活性层的材料为共轭聚合物给体与C₆₀衍生物或C₇₀衍生物的混合物，所述共轭聚合物给体为聚3-己基噻吩、聚对苯亚乙烯衍生物及聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙烯中的一种；所述活性层的厚度为80纳米～300纳米。

在优选的实施例中，所述阴极的材料为铝、银、金及铂中的一种，且所述阴极的厚度为80纳米～200纳米。

此外，还有必要提供一种上述高聚物太阳能电池器件的制备方法。

一种高聚物太阳能电池器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将阳极基底进行清洗处理；

步骤二：在清洗处理后的阳极基底上依次旋涂空穴缓冲层及活性层；

步骤三：将含有质量百分含量为2％～10％的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的悬浮液旋涂于所述活性层上，烘干后得到电子传输层；及

步骤四：在所述电子传输层上蒸镀阴极，得到所述高聚物太阳能电池器件。

在优选的实施例中，在步骤三中，所述锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：按照二氧化钛颗粒∶活性剂∶乳化剂的质量百分比为5％～65％∶1％～10％∶0.5％～20％的比例溶解于溶剂中制备二氧化钛胶体，将所述二氧化钛胶体刮涂于载体上，然后置于400℃～550℃下煅烧30分钟～60分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将所述多孔纳米二氧化钛薄膜研磨，得到所述锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

在优选的实施例中，在步骤二中，所述空穴缓冲层的制备方法如下：将重量比为2∶1～6∶1的3，4-乙烯基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸配制成总质量百分含量为1％～10％的水溶液，将所述水溶液旋涂在所述阳极基底上，然后在100℃～200℃下加热15分钟～60分钟干燥，得到所述空穴缓冲层。

在优选的实施例中，在步骤二中，所述活性层的制备方法如下：将共轭聚合物给体与C₆₀衍生物或C₇₀衍生物的混合物加入到有机溶剂中配制成总浓度为8mg/ml～30mg/ml的溶液，然后在充满惰性气体的气氛中将所述溶液旋涂至所述空穴缓冲层上，最后在50℃～200℃下退火5分钟～100分钟或在室温下放置24小时～48小时干燥，得到所述活性层。

上述高聚物太阳能电池器件中，位于活性层与阴极之间的电子传输层的材料为锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒，由于锐钛矿相的纳米二氧化钛的价带顶为7.4eV，导带底为4.2eV，而活性层的最低空轨道(LUMO)能级约为3.9eV，使得电子可以很好地从活性层传递到纳米二氧化钛的导带中，然后再传递到阴极上(阴极的功函数约为4.3eV)，这就可以形成有效的电子传输路径，提高了高聚物太阳能电池器件的能量转换效率。上述高聚物太阳能电池器件的制备方法的简单，有利于未来的产业化生产。

【附图说明】

图1为一实施方式的高聚物太阳能电池器件的结构示意图；

图2为一实施方式的高聚物太阳能电池器件制备方法流程图；

图3为实施例1的高聚物太阳能电池器件(曲线1)与传统的聚合物太阳能电池(曲线2)的电流密度与电压关系图。

【具体实施方式】

下面主要结合附图及具体实施例对高聚物太阳能电池器件及其制备方法作进一步详细的说明。

如图1所示，一实施方式的高聚物太阳能电池器件100，包括依次层叠的阳极基底10、空穴缓冲层20、活性层30、电子传输层40及阴极50。

阳极基底10为铟锡氧化物玻璃(ITO)、掺氟的氧化锡玻璃(FTO)、掺铝的氧化锌玻璃(AZO)及掺铟的氧化锌玻璃(IZO)中的一种。

空穴缓冲层20的材料为掺杂3，4-乙烯基二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，3，4-乙烯基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的重量比为2∶1～6∶1，空穴缓冲层20的厚度为20纳米～80纳米。在本实施例中，PEDOT:PSS的重量比优选为6∶1，空穴缓冲层20的厚度优选为40纳米。

活性层30的材料为共轭聚合物给体与C₆₀衍生物或C₇₀衍生物(PCBM)的混合物。共轭聚合物给体为聚3-己基噻吩(P₃HT)、聚对苯亚乙烯衍生物(MDMO-PPV)及聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙烯(MEH-PPV)中的一种。其中，P₃HT与PCBM的质量比为1∶0.8～1∶1；MDMO-PPV与PCBM的质量比为1∶1～1∶4；MEH-PPV与PCBM的质量比为1∶1～1∶4。活性层30的厚度为80纳米～300纳米。活性层30的厚度优选为140纳米。

电子传输层40位于活性层30与阴极50之间。电子传输层40的材料为锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。锐钛矿相的纳米二氧化钛晶粒细小，均匀性好，晶界丰富，气孔分布均匀，比表面积大，成本低廉，且得到的电子传输层表面无龟裂现象，不会形成电子陷阱，使电子湮灭，且锐钛矿相的纳米二氧化钛在可见光范围内的吸收较小，对光的反射能力加强，会对光产生一定的反射，增强光的吸收。其中，电子传输层的厚度为50纳米～300纳米。

阴极50的材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)及铂(Pt)中的一种，阴极50的厚度为80纳米～200纳米。在本实施例中，阴极50的材料优选为Al；阴极50的厚度优选为150纳米。

上述高聚物太阳能电池器件100中，位于活性层30与阴极50之间的电子传输层40的材料为锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒，由于锐钛矿相的纳米二氧化钛的价带顶为7.4eV，导带底为4.2eV，而活性层30的最低空轨道(LUMO)能级约为3.9eV，使得电子可以很好地从活性层30传递到纳米二氧化钛的导带中，然后再传递到阴极上(阴极的功函数约为4.3eV)，这就可以形成有效的电子传输路径，提高了高聚物太阳能电池器件的能量转换效率。

如图2所示，上述高聚物太阳能电池器件100的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，将阳极基底10进行清洗处理。在本实施例中，将阳极基底10进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，然后依次采用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇及异丙醇超声清洗15分钟，去除阳极基底10表面的有机物，然后将去除有机物的阳极基底10进行氧离子处理或UV-臭氧处理。其中，氧等离子处理时间为5分钟～15分钟，功率为10W～50W，采用氧等离子处理可以提高阳极基底10的功函数，以达到更好地空穴注入效果，同时可以进一步清除阳极基底10表面的杂质；UV-臭氧处理时间为5分钟～20分钟，使阳极基底10提高0.1eV～0.3eV的功函数，降低阳极基底10与空穴缓冲层20的之间的势垒，利于空穴的注入，也可以清除阳极基底10表面的污染物。

步骤S2，在清洗处理后的阳极基底10上依次旋涂空穴缓冲层20及活性层30。

在本实施例中，空穴缓冲层20的制备方法如下：将重量比为2∶1～6∶1的3，4-乙烯基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸配制成总质量百分含量为1％～10％的水溶液(PEDOT:PSS)，将水溶液旋涂在阳极基底10上，然后在100℃～200℃下加热15分钟～60分钟干燥，得到空穴缓冲层20。PEDOT:PSS的总质量百分含量优选为1.3％；加热温度优选为200℃加热30分钟。其中，空穴缓冲层20的厚度优选为40纳米。如果一次旋涂后的空穴缓冲层20的厚度不够，还可以经多次旋涂和加热干燥，直至所需厚度。

在本实施例中，活性层30的制备方法如下：将共轭聚合物给体与C₆₀衍生物或C₇₀衍生物的混合物加入到有机溶剂中配制成总浓度为8mg/ml～30mg/ml的溶液，然后在充满惰性气体的气氛中将溶液旋涂至空穴缓冲层20上，最后在50℃～200℃下退火5分钟～100分钟或在室温下放置24小时～48小时干燥，得到活性层30。共轭聚合物给体为聚3-己基噻吩(P₃HT)、聚对苯亚乙烯衍生物(MDMO-PPV)及聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙烯(MEH-PPV)中的一种。其中，P₃HT与PCBM的质量比为1∶0.8～1∶1；MDMO-PPV与PCBM的质量比为1∶1～1∶4；MEH-PPV与PCBM的质量比为1∶1～1∶4。有机溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯及氯仿中的一种。惰性气体的气氛为充有惰性气体的手套箱，惰性气体可以为氩气、氖气等。优选为质量比为1∶0.8、总浓度为24mg/ml的P₃HT:PCBM氯苯溶液，处理方法优选为200℃下退火20分钟，活性层30的厚度优选为140纳米。如果一次旋涂后的活性层30的厚度不够，还可以经多次旋涂和加热干燥，直至所需厚度。

步骤S3，将含有质量百分含量为2％～10％的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的悬浮液旋涂于活性层30上，烘干后得到电子传输层40。烘干的温度优选为100℃。

锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：按照二氧化钛颗粒∶活性剂∶乳化剂的质量百分比为5％～65％∶1％～10％∶0.5％～20％的比例制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体刮涂于载体上，然后置于400℃～550℃下煅烧30分钟～60分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将多孔纳米二氧化钛薄膜研磨，得到锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。在本实施例中，二氧化钛颗粒为P25二氧化钛颗粒(P25二氧化钛颗粒主要成分是75％的锐钛矿相和25％的晶红石相的二氧化钛)。活性剂优选为乙酰丙酮；乳化剂优选为曲拉通乳化剂；载体优选为玻璃；溶剂优选为蒸馏水。在优选的实施例中，二氧化钛胶体在刮涂之前先搅拌24小时。

步骤四：在电子传输层40上蒸镀阴极50，得到高聚物太阳能电池器件100。

上述高聚物太阳能电池器件100的制备方法的简单，有利于未来的产业化生产。

以下为具体实施例部分，下述实施例中用于蒸镀设备为高真空镀膜设备(沈阳科学仪器研制中心有限公司，压强＜1×10^-3pa)；电流-电压测试仪(美国Keithly公司，型号：2602)；用500W氙灯(Osram)与AM 1.5的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源。

实施例1

本实施例的高聚物太阳能电池器件结构：ITO/PEDOT:PSS/P₃HT:PCBM/TiO₂/Al。

(1)锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：

按照P25二氧化钛颗粒∶乙酰丙酮∶曲拉通乳化剂的质量百分比为45％∶2％∶15％溶解于蒸馏水中，搅拌24小时，配制成二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体用玻璃棒刮涂于玻璃上，然后置于450℃下煅烧30分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将多孔纳米二氧化钛薄膜在研钵中充分研磨，得到锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

(2)ITO/PEDOT:PSS/P₃HT:PCBM/TiO₂/Al高聚物太阳能电池器件的制备工艺如下：

先将ITO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇及异丙醇各超声15分钟，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对阳极基底进行氧等离子处理，处理时间为5分钟，功率为50W，在上述基底上旋涂空穴缓冲层，其中PEDOT和PSS的重量比为6∶1，配制总质量百分数为1.3％的PEDOT:PSS水溶液，在200℃下加热30分钟干燥，使厚度为40纳米；将质量比为1∶0.8的P₃HT与PCBM的混合物加入到氯苯中配制成总浓度为24mg/ml的P₃HT:PCBM氯苯溶液，然后在充满惰性气体的气氛中将P₃HT:PCBM氯苯溶液旋涂至空穴缓冲层上，最后在200℃下退火20分钟干燥，得到厚度为140纳米的活性层；在制备好的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒中加入蒸馏水配制成质量百分含量为5％的悬浮液，将悬浮液旋涂于活性层上，100℃烘干后，得到电子传输层，电子传输层的厚度为200纳米；蒸镀阴极，材料为Al，厚度为150纳米。即得到高聚物太阳能电池器件。

图3为本实施例的高聚物太阳能电池器件ITO/PEDOT:PSS/P₃HT:PCBM/TiO₂/Al(曲线1)与传统的聚合物太阳能电池ITO/PEDOT:PSS/P₃HT:PCBM/LiF/Al(曲线2)的电流密度与电压关系。从图3和表1可以看到，传统的聚合物太阳能电池电流密度为8.62mA/cm²，而本实施例的高聚物太阳能电池器件的电流密度提高到了9.87mA/cm²，这说明，使用二氧化钛作为电子传输层的高聚物太阳能电池器件，电荷传输速率更快，成膜性更好，从而使得阴极收集到的电子更多，最终使高聚物太阳能电池器件的能量转换效率得到了增强，本实施例的高聚物太阳能电池器件的能量转换效率为2.50％，而传统的聚合物太阳能电池的能量转换效率为2.01％。

表1

	电流密度(mA·cm-2)	电压(V)	能量转换效率η(％)	填充因子
					曲线1	9.87	0.73	2.50	0.34
曲线2	8.62	0.72	2.01	0.34

以下各个实施例的电流密度与电压关系图都与实施例1相类似，各高聚物太阳能电池器件也具有类似的能量转换效率，在下面不再赘述。

实施例2

本实施例的高聚物太阳能电池器件结构：IZO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM/TiO₂/Ag。

(1)锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：

按照P25二氧化钛颗粒∶乙酰丙酮∶曲拉通乳化剂的质量百分比为5％∶1％∶20％溶解于蒸馏水中，搅拌24小时，配制成二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体用玻璃棒刮涂于玻璃上，然后置于400℃下煅烧40分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将多孔纳米二氧化钛薄膜在研钵中充分研磨，得到锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

(2)IZO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM/TiO₂/Ag高聚物太阳能电池器件的制备工艺如下：

先将IZO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇及异丙醇各超声15分钟，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对阳极基底进行氧等离子处理，处理时间为15分钟，功率为10W，在上述基底上旋涂空穴缓冲层，其中PEDOT和PSS的重量比为3∶1，配制总质量百分数为7％的PEDOT:PSS水溶液，在200℃下加热30分钟干燥，使厚度为80纳米；将质量比为1∶4的MEH-PPV与PCBM的混合物加入到甲苯中配制成总浓度为12mg/ml的MEH-PPV:PCBM甲苯溶液，然后在充满惰性气体的气氛中将MEH-PPV:PCBM甲苯溶液旋涂至空穴缓冲层上，最后在100℃下退火5分钟干燥，得到厚度为250纳米的活性层；在制备好的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒中加入蒸馏水配制成质量百分含量为2％的悬浮液，将悬浮液旋涂于活性层上，100℃烘干后，得到电子传输层，电子传输层的厚度为50纳米；最后蒸镀阴极，材料为Ag，厚度为80纳米。即得到高聚物太阳能电池器件。

实施例3

本实施例的高聚物太阳能电池器件结构：FTO/PEDOT:PSS/MDMO-PPV:PCBM/TiO₂/Au。

(1)锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：

按照P25二氧化钛颗粒∶乙酰丙酮∶曲拉通乳化剂的质量百分比为65％∶10％∶20％溶解于蒸馏水中，搅拌24小时，配制成二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体用玻璃棒刮涂于玻璃上，然后置于500℃下煅烧60分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将多孔纳米二氧化钛薄膜在研钵中充分研磨，得到锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

(2)FTO/PEDOT:PSS/MDMO-PPV:PCBM/TiO₂/Au高聚物太阳能电池器件的制备工艺如下：

先将FTO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇及异丙醇各超声15分钟，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为10分钟，功率为25W，在上述基底上旋涂空穴缓冲层，PEDOT和PSS的重量比为4∶1，配制总质量百分数为5％的PEDOT:PSS水溶液，在100℃下加热60分钟干燥，使厚度为20纳米；将质量比为1∶2的MDMO-PPV与PCBM的混合物加入到氯仿中配制成总浓度为18mg/ml的MDMO-PPV:PCBM氯仿溶液，然后在充满惰性气体的气氛中MDMO-PPV:PCBM氯仿溶液旋涂至空穴缓冲层上，在200℃下退火20分钟干燥，得到厚度为180纳米的活性层；在制备好的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒中加入蒸馏水配制成质量百分含量为10％的悬浮液，将悬浮液旋涂于活性层上，100℃烘干后，得到电子传输层，电子传输层的厚度为300纳米；最后蒸镀阴极，材料为Au，厚度为250纳米。即得到高聚物太阳能电池器件。

实施例4

本实施例的高聚物太阳能电池器件结构：ITO/PEDOT:PSS/P₃HT:PCBM/TiO₂/Pt。

(1)锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：

按照P25二氧化钛颗粒∶乙酰丙酮∶曲拉通乳化剂的质量百分比为30％∶7％∶10％溶解于蒸馏水中，搅拌24小时，配制成二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体用玻璃棒刮涂于玻璃上，然后置于550℃下煅烧40分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将多孔纳米二氧化钛薄膜在研钵中充分研磨，得到锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

(2)ITO/PEDOT:PSS/P₃HT:PCBM/TiO₂/Pt高聚物太阳能电池器件的制备工艺如下：

先将ITO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇及异丙醇各超声15分钟，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对阳极基底进行UV-臭氧处理，处理时间为5分钟，功率为50W，在上述阳极基底上旋涂空穴缓冲层，其中PEDOT和PSS的重量比为2∶1，配制总质量百分数为1％的PEDOT:PSS水溶液，在150℃下加热40分钟干燥，使其厚度为50纳米；将质量比为1∶1的P₃HT与PCBM的混合物加入到二甲苯中配制成总浓度为8mg/ml的P₃HT:PCBM二甲苯溶液，然后在充满惰性气体的气氛中将P₃HT:PCBM的二甲苯溶液旋涂至空穴缓冲层上，最后在室温下48小时干燥，得到厚度为80纳米的活性层；在制备好的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒中加入蒸馏水配制成质量百分含量为8％的悬浮液，将悬浮液旋涂于活性层上，100℃烘干后，得到电子传输层，电子传输层的厚度为150纳米；最后蒸镀阴极，材料为Pt，厚度为100纳米。即得到高聚物太阳能电池器件。

实施例5

本实施例的高聚物太阳能电池器件结构：AZO/PEDOT:PSS/MDMO-PPV:PCBM/TiO₂/Al。

(1)锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：

按照P25二氧化钛颗粒∶乙酰丙酮∶曲拉通乳化剂的质量百分比为15％∶6％∶12％溶解于蒸馏水中，搅拌24小时，配制成二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体用玻璃棒刮涂于玻璃上，然后置于550℃下煅烧30分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将多孔纳米二氧化钛薄膜在研钵中充分研磨，得到锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

(2)AZO/PEDOT:PSS/MDMO-PPV:PCBM/TiO₂/Al高聚物太阳能电池器件的制备工艺如下：

先将AZO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇及异丙醇各超声15分钟，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对导电基底进行UV-臭氧处理，处理时间为20分钟，功率为10W，在上述基底上旋涂空穴缓冲层，其中PEDOT和PSS的重量比为5∶1，配制总质量百分数为2.5％的PEDOT:PSS水溶液，在200℃下加热15分钟干燥，使厚度为35纳米；将质量比为1∶3的MDMO-PPV与PCBM的混合物加入到二甲苯配中制成总浓度为12mg/ml的MDMO-PPV:PCBM二甲苯溶液，然后在充满惰性气体的气氛中将MDMO-PPV:PCBM二甲苯溶液旋涂至空穴缓冲层上，最后在100℃下退火100分钟干燥，得到厚度为120纳米的活性层；在制备好的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒中加入蒸馏水配制成质量百分含量为8％的悬浮液，将悬浮液旋涂于活性层上，100℃烘干后，得到电子传输层，电子传输层的厚度为60纳米；蒸镀阴极，材料为Al，厚度为180纳米。即得到高聚物太阳能电池器件。

实施例6

本实施例的高聚物太阳能电池器件结构：FTO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM/TiO₂/Au。

(1)锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：

按照P25二氧化钛颗粒∶乙酰丙酮∶曲拉通乳化剂的质量百分比为10％∶5％∶0.5％溶解于蒸馏水中，搅拌24小时，配制成二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体用玻璃棒刮涂于玻璃上，然后置于450℃下煅烧60分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将多孔纳米二氧化钛薄膜在研钵中充分研磨，得到锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

(2)FTO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM/TiO₂/Au高聚物太阳能电池器件的制备工艺如下：

先将FTO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇及异丙醇各超声15分钟，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对导电基底进行UV-臭氧处理，处理时间为10分钟，功率为25W，在上述基底上旋涂空穴缓冲层，PEDOT和PSS的重量比为6∶1，配制总质量百分数为10％的PEDOT:PSS水溶液，在100℃下加热60分钟干燥，使厚度为60纳米；将质量比为1∶1的MEH-PPV与PCBM的混合物加入到二甲苯中配制成总浓度为30mg/ml的MEH-PPV:PCBM二甲苯溶液，然后在充满惰性气体的气氛中将MEH-PPV:PCBM二甲苯溶液旋涂至空穴缓冲层上，在室温下放置24小时干燥，得到厚度为250纳米的活性层；在制备好的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒中加入蒸馏水配制成质量百分含量为10％的悬浮液，将悬浮液旋涂于活性层上，100℃烘干后，得到电子传输层，电子传输层的厚度为120纳米；蒸镀阴极，材料为Au，厚度为200纳米。即得到高聚物太阳能电池器件。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高聚物太阳能电池器件，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层及阴极，其特征在于，所述高聚物太阳能电池器件还包括位于所述活性层与所述阴极之间的电子传输层，所述电子传输层的材料为锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

2.根据权利要求1所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述电子传输层的厚度为50纳米～300纳米。

3.根据权利要求1所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述阳极基底为铟锡氧化物玻璃、掺氟的氧化锡玻璃、掺铝的氧化锌玻璃及掺铟的氧化锌玻璃中的一种。

4.根据权利要求1所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述空穴缓冲层的材料为掺杂3，4-乙烯基二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸，所述3，4-乙烯基二氧噻吩与所述聚苯乙烯磺酸的重量比为2∶1～6∶1，且所述空穴缓冲层的厚度为20纳米～80纳米。

5.根据权利要求1所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述活性层的材料为共轭聚合物给体与C₆₀衍生物或C₇₀衍生物的混合物，所述共轭聚合物给体为聚3-己基噻吩、聚对苯亚乙烯衍生物及聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙烯中的一种；所述活性层的厚度为80纳米～300纳米。

6.根据权利要求1所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述阴极的材料为铝、银、金及铂中的一种，且所述阴极的厚度为80纳米～200纳米。

7.一种高聚物太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将阳极基底进行清洗处理；

步骤二：在清洗处理后的阳极基底上依次旋涂空穴缓冲层及活性层；

步骤三：将含有质量百分含量为2％～10％的锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的悬浮液旋涂于所述活性层上，烘干后得到电子传输层；及

步骤四：在所述电子传输层上蒸镀阴极，得到所述高聚物太阳能电池器件。

8.根据权利要求7所述的高聚物太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒的制备方法如下：按照二氧化钛颗粒∶活性剂∶乳化剂的质量百分比为5％～65％∶1％～10％∶0.5％～20％的比例溶解于溶剂中制备二氧化钛胶体，将所述二氧化钛胶体刮涂于载体上，然后置于400℃～550℃下煅烧30分钟～60分钟，得到多孔纳米二氧化钛薄膜，然后将所述多孔纳米二氧化钛薄膜研磨，得到所述锐钛矿相的纳米二氧化钛颗粒。

9.根据权利要求7所述的高聚物太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述空穴缓冲层的制备方法如下：将重量比为2∶1～6∶1的3，4-乙烯基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸配制成总质量百分含量为1％～10％的水溶液，将所述水溶液旋涂在所述阳极基底上，然后在100℃～200℃下加热15分钟～60分钟干燥，得到所述空穴缓冲层。

10.根据权利要求7所述的高聚物太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述活性层的制备方法如下：将共轭聚合物给体与C₆₀衍生物或C₇₀衍生物的混合物加入到有机溶剂中配制成总浓度为8mg/ml～30mg/ml的溶液，然后在充满惰性气体的气氛中将所述溶液旋涂至所述空穴缓冲层上，最后在50℃～200℃下退火5分钟～100分钟或在室温下放置24小时～48小时干燥，得到所述活性层。

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