CN103280528A - 一种聚合物太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚合物太阳能电池，其依次包括：阴极层、阴极界面层、光敏层、阳极界面层以及阳极层；所述阴极界面层为无机半导体纳米晶-共轭聚合物复合材料层。所述阴极界面层具体为氧化锌（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）复合材料层。本发明的聚合物太阳能电池，通过在阴极层和光敏层间引入氧化锌（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）复合阴极界面层，通过控制界面层中ZnO与PFEP的质量比例，可以有效的增加阴极界面层的电导率，减小了该阴极界面层的体电阻，减小了电子输出电阻，进而提高了电池的短路电流﹑开路电压﹑填充因子和能量转换效率，有利于电子传输和收集。

Description

一种聚合物太阳能电池
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种聚合物太阳能电池。
背景技术
聚合物太阳能电池具有成本低、柔性好、质量轻以及可大面积加工等优点，成为近年来该领域的研究热点。体异质结聚合物太阳能电池由于增加了电子给体和电子受体的接触面积有效的提高了电池的能量转化效率。传统的体异质结聚合物太阳能电池一般采用正置三明治结构，即高功函数的铟锡氧化物（ITO）作为阳极，低功函数的金属铝（Al）作为阴极，由聚合物和富勒烯的共混物形成的光敏层夹在阳极和阴极之间。为了使阳极和阴极界面处形成欧姆接触，提高空穴和电子的收集效率，同时减少漏电流，高功函数的聚（3，4-环二氧乙基噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）通常被用作空穴传输层夹在ITO和光敏层中间，低功函数的钡（Ba）或钙（Ca）常被用作阴极界面层夹在活化层和阴极之间。然而这种传统的正置太阳能电池结构的稳定性比较低，其主要限制因素有：作为阳极缓冲层的PEDOT:PSS具有酸性，腐蚀ITO阳极；作为阴极的Al以及阴极缓冲层的Ca或Ba具有较低的功函数容易被空气中的水和氧气氧化。
另外一方面，由于倒置结构太阳能电池由于避免使用PEDOT：PSS阳极缓冲层以及低功函数的Ca，Ba和Al阴极可以有效提高太阳能电池的稳定性。在这种倒置结构聚合物太阳能电池中，ITO作为阴极，低功函数的n型半导体材料用作阴极界面层夹在ITO与光敏层中间，高功函数的金属银（Ag）或金（Au）作为阳极。氧化锌(ZnO)不仅具有高的电子迁移率，高的光学透明度，较低的最高电子空轨道，还有成本低，可溶液加工，好的环境稳定性等优点，是很有潜力的阴极界面层材料（Appl.Phys.Lett.89,143517,2006）。然而，ZnO薄膜电导率比较低，将ZnO作为阴极界面层，只有在ZnO厚度比较薄的时候才能够得到比较好的电池性能。而在实际大规模卷对卷印刷成膜技术中，往往会形成比较厚的薄膜，所以使得以ZnO为阴极界面层的倒置聚合物太阳能电池性能较差，限制了其在实际中的运用。
发明内容
本发明为了解决已有技术存在的电子传输层材料电导率低导致聚合物太阳能电池能量转换效率低的问题，提供了一种基于氧化锌纳米晶与共轭聚合物复合物的阴极界面层的，一种聚合物太阳能电池。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种聚合物太阳能电池，依次包括：阴极层、阴极界面层、光敏层、阳极界面层以及阳极层；所述阴极界面层为无机半导体纳米晶-共轭聚合物复合材料层。
在上述技术方案中，所述阴极界面层具体为氧化锌（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）复合材料层。
在上述技术方案中，所述阴极界面层中的氧化锌（ZnO）与磷酸酯聚芴（PFEP）的质量比例为100:1-1:100。
在上述技术方案中，所述氧化锌（ZnO）与磷酸酯聚芴（PFEP）的质量比例为6:1。
在上述技术方案中，所述阴极界面层厚度为1-500纳米。
在上述技术方案中，所述阴极界面层的厚度为100纳米。
本发明具有以下的有益效果：
本发明的聚合物太阳能电池，通过在阴极层和光敏层间引入氧化锌（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）复合阴极界面层，通过控制界面层中ZnO与PFEP的质量比例（在100:1至1:100范围内）可以有效的增加阴极界面层的电导率，减小了该阴极界面层的体电阻，减小了电子输出电阻，进而提高了电池的短路电流﹑开路电压﹑填充因子和能量转换效率，有利于电子传输和收集，从而使得该阴极界面层在厚度较厚的条件下达到了较好的性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明中的磷酸酯聚芴（PEEP）的化学结构示意图。
图2为本发明中的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-3,6-双(噻吩-2-基)-2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮]（P-tCzC12-DPP）的化学结构示意图。
图3为本发明中的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-6,6′-N,N’-(2-辛基十二烷基)异靛蓝]（P-tCzC12-IID）的化学结构示意图。
图4为一种倒置结构的本发明的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图5为一种正置结构的本发明的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图6为本发明实施例1-12在强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下测试的电流-电压特性曲线图。
图中的附图标记表示为：
1、基板；2、阴极层；3、阴极界面层；4、光敏层；5、阳极界面层；6、阳极层；
7、基板；8、阳极层；9、阳极界面层；10、光敏层；11、阴极界面层；12、阴极层。
具体实施方式
本发明的发明思想为：
本发明公开一种基于氧化锌纳米晶与共轭聚合物复合物的阴极界面层的聚合物太阳能电池。
本发明对于所使用的聚合物太阳能电池的结构没有特殊限制，如正置结构和倒置结构，以及依次连接的基板，阴极，阳极，活性层材料，电荷传输层。
本发明的聚合物太阳能电池，依次包括：阴极层、阴极界面层、光敏层、阳极界面层以及阳极层；所述阴极界面层为无机半导体纳米晶-共轭聚合物复合材料层。具体的说，所述阴极界面层具体为氧化锌（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）复合材料层，厚度为1-500纳米。氧化锌（ZnO）与磷酸酯聚芴（PFEP）的质量比例为100:1-1:100。
本发明的聚合物太阳能电池，通过在阴极层和光敏层间引入氧化锌（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）复合阴极界面层，通过控制界面层中ZnO与PFEP的质量比例（在100:1至1:100范围内）可以有效的增加阴极界面层的电导率，减小了该阴极界面层的体电阻，减小了电子输出电阻。磷酸酯聚芴（PFEP）的结构如图1所示。
下面结合附图对本发明做以详细说明。
如附图4所示，为一种倒置结构的聚合物太阳能电池的示意图，包括依次连接的基板1、阴极层2、阴极界面层3、共轭聚合物和富勒烯的衍生物的共混物构成的光敏层4、阳极界面层5和阳极层6。
该倒置结构聚合物太阳能电池的制备过程包括如下步骤：
在基板1上形成阴极层2；
在上述阴极层2上采用氧化锌-磷酸酯聚芴的复合物，形成阴极界面层3；
在上述阴极界面层3上制备共轭聚合物和富勒烯的衍生物组成的共混物，形成光敏层4；
在上述光敏层4上依次蒸镀阳极界面层5和阳极层6，得到聚合物太阳能电池。
所述的基板1为刚性或柔性基板，所述的阴极层2为铟锡氧化物（ITO），阴极界面层3为氧化锌-磷酯聚芴杂化材料，ZnO-PFEP复合阴极界面层3中ZnO与PFEP的质量比例范围为100:1至1:100，最优选为6:1。
所述的光敏层4为共轭聚合物和富勒烯的衍生物组成的共混物。
本发明对所使用的共轭聚合物和富勒烯的衍生物不作限制，实施例中所使用的共轭聚合物和富勒烯的衍生物仅为证明本发明一种基于氧化锌纳米晶与共轭聚合物复合物阴极界面层的用途。本发明中所述的共轭聚合物使用聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-3,6-双(噻吩-2-基)-2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮]（P-tCzC12-DPP）和聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-6,6′-N,N’-(2-辛基十二烷基)异靛蓝]（P-tCzC12-IID）分别如图2和3所示。所述的富勒烯的衍生物使用为[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）。
所述的阳极界面层5为MoO3，所述的阳极层6为金属。
如附图5所示，为一种正置结构的聚合物太阳能电池的示意图，包括依次连接的基板7、阳极层8、阳极界面层9、共轭聚合物和富勒烯的衍生物的共混物构成的光敏层10、阴极界面层11和阴极层12。
该正置结构的聚合物太阳能电池的制备过程包括如下步骤：
在基板7上形成阳极层8；
在上述阳极层8上形成阳极界面层9；
在上述阳极界面层9上制备共轭聚合物和富勒烯的衍生物组成的共混物，形成光敏层10；
在上述光敏层10上采用氧化锌-磷酸酯聚芴的复合物，形成阴极界面层11和阴极层12，得到聚合物太阳能电池。
所述的基板7为刚性或柔性基板，所述的阳极层8为铟锡氧化物（ITO），阳极界面层9为MoO3。
所述的光敏层10为共轭聚合物和富勒烯的衍生物组成的共混物。
本发明对所使用的共轭聚合物和富勒烯的衍生物不作限制，实施例中所使用的共轭聚合物和富勒烯的衍生物仅为证明本发明一种基于氧化锌纳米晶与共轭聚合物复合物阴极界面层的用途；本发明中所述的共轭聚合物使用聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-3,6-双(噻吩-2-基)-2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮]（P-tCzC12-DPP）或者聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-6,6′-N,N’-(2-辛基十二烷基)异靛蓝]（P-tCzC12-IID）;所述的富勒烯的衍生物使用为[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）。
所述的阴极界面层11为氧化锌-磷酯聚芴杂化材料，ZnO-PFEP复合阴极界面层11中ZnO与PFEP的质量比例范围为100:1至1:100，最优选为6:1。所述的阴极层12为金属。
实施例1～6是基于图4所示的倒置结构聚合物太阳能电池的具体实施说明；实施例7～12是基于图5所示的正置结构聚合物太阳能电池的具体实施说明。具体为：
实施例1
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阴极层2的玻璃基板1清洗干净并烘干，然后放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在阴极层ITO的上面，以300转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100纳米的阴极界面层3；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将30毫克氧化锌(ZnO)与5毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于1毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(2)旋涂将涂有阴极界面层3的所述的基板放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-3,6-双(噻吩-2-基)-2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮]（P-tCzC12-DPP）与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述ZnO/PFEP阴极界面层3上，以700转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100纳米的光敏层4；所述的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-DPP与14毫克的[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层4的所述的基板放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在光敏层4上沉积6纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层5；
(4)在三氧化钼(MoO3)层上真空蒸镀100纳米厚的金属铝(Al)作为阳极层6，得到结构为ITO(120nm)/ZnO:PFEP(100nm)/P-tCzC12-DPP：PC70BM(100nm)/MoO3(6nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属铝(Al)作为阳极层的过程中，利用掩模板控制阳极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线1所示。
实施例2
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阴极层2的玻璃基板1清洗干净并烘干，然后放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在阴极层ITO的上面，以7000转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为1纳米的阴极界面层3；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将100毫克氧化锌(ZnO)与1毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于100毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(2)旋涂将涂有阴极界面层3的所述的基板1放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述ZnO/PFEP阴极界面层3上，以3000转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为50纳米的光敏层4；所述的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-DPP与3.5毫克的PC70BM溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层4的所述的基板1放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在光敏层4上沉积1纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层5；
(4)在三氧化钼(MoO3)层上真空蒸镀50纳米厚的金属银(Ag)作为阳极层6，得到结构为ITO(120nm)/ZnO:PFEP(1nm)/P-tCzC12-DPP：PC70BM(50nm)/MoO3(1nm)/Ag(50nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属银(Ag)作为阳极层的过程中，利用掩模板控制阳极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线2所示。
实施例3
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阴极层2的玻璃基板1清洗干净并烘干，然后放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在阴极层ITO的上面，以100转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为500纳米的阴极界面层3；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将1毫克氧化锌(ZnO)与100毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于1毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(2)旋涂将涂有阴极界面层3的所述的基板1放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述ZnO-PFEP阴极界面层3上，以300转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为300纳米的光敏层4；所述的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-DPP与56毫克的PC70BM溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层4的所述的基板1放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在光敏层4上沉积80纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层5；
(4)在三氧化钼(MoO3)层上真空蒸镀300纳米厚的金属金(Au)作为阳极层6，得到结构为ITO(120nm)/ZnO:PFEP(500nm)/P-tCzC12-DPP：PC70BM(300nm)/MoO3(80nm)/Au(300nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属金(Au)作为阳极层的过程中，利用掩模板控制阳极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线3所示。
实施例4
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阴极层2的玻璃基板1清洗干净并烘干，然后放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在阴极层ITO的上面，以300转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100纳米的阴极界面层3；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将30毫克氧化锌(ZnO)与5毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于1毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(2)旋涂将涂有阴极界面层3的所述的基板1放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-6,6′-N,N’-(2-辛基十二烷基)异靛蓝]（P-tCzC12-IID）与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述ZnO/PFEP阴极界面层3上，以700转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100纳米的光敏层4；所述的P-tCzC12-IID与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-IID与14毫克的PC70BM溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层4的所述的基板1放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在光敏层4上沉积6纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层5；
(4)在三氧化钼(MoO3)层上真空蒸镀100纳米厚的金属铝(Al)作为阳极层6，得到结构为ITO(120nm)/ZnO:PFEP(100nm)/P-tCzC12-IID：PC70BM(100nm)/MoO3(6nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属铝(Al)作为阳极层的过程中，利用掩模板控制阳极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线4所示。
实施例5
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阴极层2的玻璃基板1清洗干净并烘干，然后放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在阴极层ITO的上面，以7000转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为1纳米的阴极界面层3；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将100毫克氧化锌(ZnO)与1毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于100毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(2)旋涂将涂有阴极界面层3的所述的基板1放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述ZnO/PFEP阴极界面层3上，以3000转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为50纳米的光敏层4；所述的P-tCzC12-IID与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-IID与3.5毫克的PC70BM溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层4的所述的基板1放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在光敏层4上沉积1纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层5；
(4)在三氧化钼(MoO3)层上真空蒸镀50纳米厚的金属银(Ag)作为阳极层6，得到结构为ITO(120nm)/ZnO:PFEP(1nm)/P-tCzC12-IID：PC70BM(50nm)/MoO3(1nm)/Ag(50nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属银(Ag)作为阳极层的过程中，利用掩模板控制阳极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线5所示。
实施例6
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阴极层2的玻璃基板1清洗干净并烘干，然后放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在阴极层ITO的上面，以100转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为500纳米的阴极界面层3；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将90毫克氧化锌(ZnO)与60毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于1毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(2)旋涂将涂有阴极界面层3的所述的基板1放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的P-tCzC12-IID与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述ZnO-PFEP阴极界面层3上，以300转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为300纳米的光敏层4；所述的P-tCzC12-IID与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-IID与56毫克的PC70BM溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层4的所述的基板1放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在光敏层4上沉积80纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层5；
(4)在三氧化钼(MoO3)层上真空蒸镀300纳米厚的金属金(Au)作为阳极层6，得到结构为ITO(120nm)/ZnO:PFEP(500nm)/P-tCzC12-DPP：PC70BM(300nm)/MoO3(80nm)/Au(300nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属金(Au)作为阳极层的过程中，利用掩模板控制阳极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线6所示。
实施例7
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阳极层8的玻璃基板7清洗干净并烘干，放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阳极层8上沉积6纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层9；
(2)旋涂有阳极界面层9的所述的基板7放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-3,6-双(噻吩-2-基)-2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮]（P-tCzC12-DPP）与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述阳极界面层9上，以700转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100纳米的光敏层10；所述的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-DPP与14毫克的[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层10的所述的基板7放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在光敏层10上面，以300转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100纳米的阴极界面层11；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将30毫克氧化锌(ZnO)与5毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于1毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(4)将涂有阴极界面层11的所述基板7放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阴极界面层11上真空蒸镀100纳米厚的金属铝(Al)作为阴极层12，得到结构为ITO(120nm)/MoO3(6nm)/P-tCzC12-DPP：PC70BM(100nm)/ZnO:PFEP(100nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属铝(Al)作为阴极层的过程中，利用掩模板控制阴极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线7所示。
实施例8
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阳极层8的玻璃基板7清洗干净并烘干，放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阳极层8上沉积1纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层9；
(2)旋涂有阳极界面层9的所述的基板7放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-3,6-双(噻吩-2-基)-2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮]（P-tCzC12-DPP）与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述阳极界面层9上，以3000转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为50纳米的光敏层10；所述的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-DPP与3.5毫克的[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层10的所述的基板7放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在光敏层10上面，以7000转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为1纳米的阴极界面层11；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将100毫克氧化锌(ZnO)与1毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于100毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(4)将涂有阴极界面层11的所述的基板7放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阴极界面层11上真空蒸镀50纳米厚的金属银(Ag)作为阴极层12，得到结构为ITO(120nm)/MoO3(1nm)/P-tCzC12-DPP：PC70BM(50nm)/ZnO:PFEP(1nm)/Ag(50nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属银(Ag)作为阴极层的过程中，利用掩模板控制阴极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线8所示。
实施例9
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阳极层8的玻璃基板7清洗干净并烘干，放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阳极层8上沉积80纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层9；
(2)旋涂有阳极界面层9的所述的基板7放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-3,6-双(噻吩-2-基)-2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮]（P-tCzC12-DPP）与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述阳极界面层9上，以300转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为300纳米的光敏层10；所述的P-tCzC12-DPP与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-DPP与56毫克的[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层10的所述的基板7放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在光敏层10上面，以100转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为500纳米的阴极界面层11；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将1毫克氧化锌(ZnO)与100毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于1毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(4)将涂有阴极界面层11的所述的基板7放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阴极界面层11上真空蒸镀300纳米厚的金属金(Au)作为阴极层12，得到结构为ITO(120nm)/MoO3(80nm)/P-tCzC12-DPP：PC70BM(300nm)/ZnO:PFEP(500nm)/Au(300nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属金(Au)作为阴极层的过程中，利用掩模板控制阴极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线9所示。
实施例10
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阳极层8的玻璃基板7清洗干净并烘干，放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阳极层8上沉积6纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层9；
(2)旋涂有阳极界面层9的所述的基板7放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-6,6　-N,N’-(2-辛基十二烷基)异靛蓝]（P-tCzC12-IID）与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述阳极界面层9上，以700转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100纳米的光敏层10；所述的P-tCzC12-IID与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-IID与14毫克的[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层10的所述的基板7放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在光敏层10上面，以300转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100纳米的阴极界面层11；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将30毫克氧化锌(ZnO)与5毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于1毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(4)将涂有阴极界面层11的所述的基板7放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阴极界面层11上真空蒸镀100纳米厚的金属铝(Al)作为阴极层12，得到结构为ITO(120nm)/MoO3(6nm)/P-tCzC12-IID：PC70BM(100nm)/ZnO:PFEP(100nm)/Al(100nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属铝(Al)作为阴极层的过程中，利用掩模板控制阴极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线10所示。
实施例11
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阳极层8的玻璃基板7清洗干净并烘干，放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阳极层8上沉积1纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层9；
(2)旋涂有阳极界面层9的所述的基板放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-6,6　-N,N’-(2-辛基十二烷基)异靛蓝]（P-tCzC12-IID）与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述阳极界面层9上，以3000转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为50纳米的光敏层10；所述的P-tCzC12-IID与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-IID与3.5毫克的[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层10的所述的基板7放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在光敏层10上面，以7000转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为1纳米的阴极界面层11；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将100毫克氧化锌(ZnO)与1毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于100毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(4)将涂有阴极界面层11的所述的基板7放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阴极界面层11上真空蒸镀50纳米厚的金属银(Ag)作为阴极层12，得到结构为ITO(120nm)/MoO3(1nm)/P-tCzC12-IID：PC70BM(50nm)/ZnO:PFEP(1nm)/Ag(50nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属银(Ag)作为阴极层的过程中，利用掩模板控制阴极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线11所示。
实施例12
(1)将刻蚀好的带有细条状的ITO阳极层8的玻璃基板7清洗干净并烘干，放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阳极层8上沉积80纳米厚的三氧化钼(MoO3)层作为阳极界面层9；
(2)旋涂有阳极界面层9的所述的基板7放置于涂膜机的托架上，将搅拌好的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-6,6　-N,N’-(2-辛基十二烷基)异靛蓝]（P-tCzC12-IID）与PC70BM的混合溶液均匀涂在上述阳极界面层9上，以300转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为300纳米的光敏层10；所述的P-tCzC12-IID与PC70BM的混合溶液是通过将7毫克的P-tCzC12-IID与56毫克的[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC70BM）溶解于1毫升的邻二氯苯中，在40℃条件下，磁力搅拌12个小时后得到的混合溶液；
(3)将涂有光敏层10的所述的基板7放置在涂膜机的托架上，将搅拌好的ZnO-PFEP混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在光敏层10上面，以100转/分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为500纳米的阴极界面层11；所述的ZnO-PFEP混合溶液是通过将1毫克氧化锌(ZnO)与100毫克磷酸酯聚芴（PFEP）溶解于1毫升正丁醇溶剂中，磁力搅拌12小时后得到的混合溶液；
(4)将涂有阴极界面层11的所述的基板7放入真空镀膜机中抽真空，真空度为4×10-4帕斯卡，采用真空蒸镀的方法在阴极界面层11上真空蒸镀300纳米厚的金属金(Au)作为阴极层12，得到结构为ITO(120nm)/MoO3(80nm)/P-tCzC12-IID：PC70BM(300nm)/ZnO:PFEP(500nm)/Au(300nm)的聚合物太阳能电池。在所述的蒸镀金属金(Au)作为阴极层的过程中，利用掩模板控制阴极层的面积，使得聚合物太阳能电池的光电转换有效面积是3×4平方毫米；
本实施例制备的聚合物太阳能电池在辐照强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下性能参数如表1所示，在此条件下测试的电流-电压特性曲线图如图6中曲线12所示。
表1在强度为100毫瓦/平方厘米的AM1.5G模拟太阳光下实施例1-12的器件性能参数，包括：开路电压、短路电流、填充因子和能量转换效率。
表1
Figure BDA00003172039000201
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种聚合物太阳能电池，其特征在于，依次包括：阴极层、阴极界面层、光敏层、阳极界面层以及阳极层；所述阴极界面层为无机半导体纳米晶-共轭聚合物复合材料层。
2.根据权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阴极界面层具体为氧化锌（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）复合材料层。
3.根据权利要求2所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阴极界面层中的氧化锌（ZnO）与磷酸酯聚芴（PFEP）的质量比例为100:1-1:100。
4.根据权利要求3所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述氧化锌（ZnO）与磷酸酯聚芴（PFEP）的质量比例为6:1。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阴极界面层厚度为1-500纳米。
6.根据权利要求5所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阴极界面层的厚度为100纳米。
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