CN104011892A - 高聚物太阳能电池器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种高聚物太阳能电池(100)及其制造方法。所述太阳能电池(100)包括以下结构：导电阳极基底(10)、空穴缓冲层(20)、活性层(30)、电子传输层(40)和阴极(50)；电子传输层(40)的材质为掺杂了铯盐和金属颗粒的电子传输材料。所述太阳能电池(100)有效地提高了电子传输速率，降低了电子传输层(40)和阴极(50)间的势垒。
Description
【技术领域】
本发明涉及太阳能电池领域，尤其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 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/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。
目前常用的聚合物太阳能电池的结构为导电阳极 / 空穴缓冲层 / 活性层 / 电子缓冲层 /
阴极。而电子缓冲层一般为氟化锂（ LiF ），厚度较薄，约 0.7nm ，可提高电子注入能力。但是，这种材料如果太厚（超过 1nm
），会使器件的串联电阻急速上升，导致大部分的电压降都落在这个区域，最终影响了光电转换效率；而厚度较薄，往往导致成膜性不好，造成电子陷阱，使电子淬灭，最终影响能量转换效率。这就导致了电子缓冲层的厚度控制比较苛刻，因此也提高了制备难度。而在太阳能电池中，电子传输速率往往比空穴传输速率要低两个数量级，电子传输速率已经是制约太阳能电池的发展的一个重要原因。
【发明内容】
基于此， 有必要提供一种能够提高 电子传输速率 的高聚物太阳能电池器件。
一种高聚物太阳能电池器件，包括依次层叠的如下结构：导电阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层和阴极；所述电子传输层的材质为掺杂了铯盐和金属颗粒的电子传输材料；所述金属颗粒的粒径范围为
1nm~50nm ，所述金属颗粒材质为铝、银、金或铂。
优选的，所述铯盐占所述电子传输层的质量百分比的 5%~20% 。
优选的，所述金属颗粒占所述电子传输层的质量百分比的 0.5%~5% 。
优选的，所述电子传输材料为 2- （ 4- 联苯基） -5- （ 4- 叔丁基）苯基 -1,3,4- 恶
二唑、 4,7- 二苯基 -1,10- 菲罗啉、 1,2,4- 三唑衍生物或 N- 芳基苯并咪唑。
优选的，所述铯盐为碳酸铯、叠氮铯、氟化铯或氯化铯。
优选的，所述电子传输层的厚度为 5nm~40nm 。
优选的，所述空穴缓冲层的材质为质量比为 2:1~6:1 的聚 3,4-
二氧乙烯噻吩和聚苯磺酸盐的混合物。
优选的，所述活性层的材质为质量比为 1:0.8~1:1 的聚 3-
己基噻吩和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物；
或者，所述活性层的材质为质量比为 1:1~1:4 的聚 [2- 甲氧基 -5-(3,7- 二甲基辛氧基 )
对苯撑乙烯 ] 和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物；
或者，所述活性层的材质为质量比为 1:1~1:4 的聚 [2- 甲氧基 -5-(2′- 乙烯基 - 己氧基
) 聚对苯乙烯撑 ] 和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物。
优选的，所述导电阳极基底的材质为铟锡氧化物玻璃、掺氟氧化锡玻璃、掺铝的氧化锌玻璃或掺铟的氧化锌玻璃；
所述阴极的材质为铝、银、金或铂。
一种高聚物太阳能电池器件的制备方法，包括如下步骤：
对导电阳极基底进行预处理；
在所述导电阳极基底上旋涂形成空穴缓冲层；
在所述空穴缓冲层上旋涂形成活性层；
在所述活性层上蒸镀掺杂了铯盐和金属颗粒的电子传输材料，形成电子传输层；及
在所述电子传输层上形成阴极，得到所述高聚物太阳能电池器件。
上述高聚物太阳能电池器件的电子传输层材质为掺杂了铯盐和金属颗粒的电子传输材料，通过电子传输材料掺杂铯盐形成
n
掺杂，有效的提高了电子传输速率，并且使电子传输层与活性层之间的能带弯曲，降低了电子在这个界面的注入势垒，有利于电子的注入。再通过掺杂金属颗粒，使电子传输层与阴极之间的势垒降低，有利于电子最终注入到电极中被电极收集，形成有效的光电转换；同时，金属颗粒的存在，使这种三元掺杂得到的电子传输层的成膜质量大大提高，膜层粗糙度降低，膜层更平滑，从而使电子传输层产生电子陷阱的几率大大降低，更有利于电子的传输，最终提高高聚物太阳能电池器件的能量转换效率。
【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 为图 1 所示高聚物太阳能电池器件的制备方法的流程图；
图 3 为实施例 1 制备的高聚物太阳能电池器件与传统的高聚物太阳能电池器件的 电流密度 -
电压曲线图。
【具体实施方式】
下面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说明。
如图 1 所示的一实施方式的高聚物太阳能电池器件 100 ，包括依次层叠的如下结构：导电阳极基底 10
、空穴缓冲层 20 、活性层 30 、电子传输层 40 和阴极 50 。
导电阳极基底 10 的材质可以为铟锡氧化物玻璃（ ITO ）、掺氟氧化锡玻璃（ FTO
）、掺铝的氧化锌玻璃（ AZO ）或掺铟的氧化锌玻璃（ IZO ）。
空穴缓冲层 20 的材质为质量比为 2:1~6:1 的聚 3,4- 二氧乙烯噻吩 (PEDOT)
和聚苯磺酸盐 (PSS) 的混合物。空穴缓冲层 20 的厚度控制在 20nm~80nm 。可以通过将质量比为 2:1~6:1 、质量百分比为 1%~5% 的聚
3,4- 二氧乙烯噻吩 (PEDOT) 和聚苯磺酸盐 (PSS) 的水溶液，旋涂在导电阳极基底 10 上后在 100 ℃ ~200℃ 的条件下加热
15min~60min 制得。优选采用质量比为 6:1 、质量百分比为 1.3% 的 PEDOT 和 PSS 的水溶液，旋涂后 200 ℃ 下加热 30min
，厚度为 40nm 。
活性层 30 的材质为以富勒烯的丁酸甲酯衍生物（ PCBM ）为受体的混合物。活性层 30 的厚度可以为
80nm~300nm 。
具体的，活性层 30 的材质可以为质量比为 1:0.8~1:1 的聚 3- 己基噻吩（ P3HT
）和富勒烯的丁酸甲酯衍生物（ PCBM ）的混合物。
或者，活性层 30 的材质可以为质量比为 1:1~1:4 的聚 [2- 甲氧基 -5-(3,7-
二甲基辛氧基 ) 对苯撑乙烯 ] （ MDMO-PPV ）和富勒烯的丁酸甲酯衍生物（ PCBM ）的混合物。
或者，活性层 30 的材质可以为质量比为 1:1~1:4 的聚 [2- 甲氧基 -5-(2′- 乙烯基 -
己氧基 ) 聚对苯乙烯撑 ] （ MEH-PPV ）和富勒烯的丁酸甲酯衍生物（ PCBM ）的混合物。
优选的，活性层 30 的材质为质量比为 1:3 的 MEH-PPV:PCBM ，活性层 30 的厚度为
200nm 。
电子传输层 40 的材质为掺杂了铯盐和金属颗粒的电子传输材料。
铯盐占电子传输层 40 的质量百分比的 5%~20% 。
铯盐可以为碳酸铯（ Cs2CO3 ）、叠氮铯（
CsN3 ）、氟化铯（ CsF ）或氯化铯（ CsCl ）。
金属颗粒占电子传输层 40 的质量百分比的 0.5%~5% 。
金属颗粒的粒径范围为 1nm~50nm 。优选的，金属颗粒的粒径范围为 10nm~30nm 。
金属颗粒的材质选择导电率高、功函数在 4.2eV 以上且熔点在 2000 ℃
以下的金属。一般还要求将该金属制成 10nm 厚的薄膜时，可见光透过率大于 90% 。具体的，可以为铝（ Al ）、银（ Ag ）、金（ Au ）或铂（ Pt
）。
电子传输材料可以为 2- （ 4- 联苯基） -5- （ 4- 叔丁基）苯基 -1,3,4- 恶二唑（
PBD ）、 4,7- 二苯基 -1,10- 菲罗啉（ Bphen ）、 1,2,4- 三唑衍生物（如 TAZ ）或 N- 芳基苯并咪唑（ TPBI
）。
电子传输层 40 的厚度为 5nm~40nm 。
阴极 50 的材质可以为铝（ Al ）、银（ Ag ）、金（ Au ）或铂（ Pt ）。
阴极 50 的厚度可以为 80nm~250nm 。
优选的，阴极 50 的材质为 Al ，厚度为 150nm 。
这种高聚物太阳能电池器件 100 的电子传输层 40
的材质为掺杂铯盐和金属颗粒的电子传输材料，通过电子传输材料掺杂铯盐形成 n 掺杂，有效的提高了电子传输速率，并且使电子传输层 40 与活性层 30
之间的能带弯曲，降低了电子在这个界面的注入势垒，有利于电子的注入。再通过掺杂金属颗粒，使电子传输层 40 与阴极 50
之间的势垒降低，有利于电子最终注入到电极中被电极收集，形成有效的光电转换；同时，金属颗粒的存在，使这种三元掺杂得到的电子传输层 40
的成膜质量大大提高，膜层粗糙度降低，膜层更平滑，从而使电子传输层 40 产生电子陷阱的几率大大降低，更有利于电子的传输，最终提高高聚物太阳能电池器件 100
的能量转换效率。
如图 2 所示的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 S10 、对导电阳极基底 10 进行预处理。
导电阳极基底 10 的材质可以为铟锡氧化物玻璃（ ITO ）、掺氟氧化锡玻璃（ FTO
）、掺铝的氧化锌玻璃（ AZO ）或掺铟的氧化锌玻璃（ IZO ）。
预处理过程为：清洗导电阳极基底 10 ，然后对导电阳极基底 10 进行氧等离子处理或臭氧 -
紫外线处理。
具体的，先将导电阳极基底 10
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、乙醇和异丙醇各超声 15min ，去除玻璃表面的有机污染物。清洗干净后对导电阳极基底 10
进行氧等离子处理或臭氧 - 紫外线处理。氧等离子处理时间为 5min~15min ，功率为 10W~50W 。臭氧 - 紫外线处理时间为 5min~20min
。
步骤 S20 、在导电阳极基底 10 表面旋涂形成空穴缓冲层 20 。
空穴缓冲层 20 的材质为质量比为 2:1~6:1 的 PEDOT( 聚 3,4- 二氧乙烯噻吩 ) 和
PSS( 聚苯磺酸盐 ) 的混合物。可以通过将质量比为 2:1~6:1 、质量百分比为 1%~5% 的 PEDOT( 聚 3,4- 二氧乙烯噻吩 ) 和
PSS( 聚苯磺酸盐 ) 的水溶液，旋涂导电阳极基底 10 上后在 100 ℃ ~200℃ 的条件下加热 15min~60min 制得。
空穴缓冲层 20 的厚度控制在 20nm~80nm 。
优选采用质量比为 6:1 、质量百分比为 1.3% 的 PEDOT 和 PSS 的水溶液，旋涂后 200
℃ 下加热 30min ，厚度为 40nm 。
步骤 S30 、在空穴缓冲层 20 上旋涂形成活性层 30 。
将活性物质溶解在有机溶剂中得到活性物质溶液。在保护气体氛围下，将活性物质溶液旋涂在空穴缓冲层 20
表面，干燥后得到活性层 30 。
活性物质溶液中，活性物质的总浓度为 8mg/L ~30mg/L 。
活性物质溶液用于旋涂制备活性层 30 ，活性物质选择为以富勒烯的丁酸甲酯衍生物（ PCBM
）为受体的体系。
具体的，活性物质可以为质量比为 1:0.8~1:1 的聚 3- 己基噻吩（ P3HT
）和富勒烯的丁酸甲酯衍生物（ PCBM ）的混合物。
或者，活性物质可以为质量比为 1:1~1:4 的聚 [2- 甲氧基 -5-(3,7- 二甲基辛氧基 )
对苯撑乙烯 ] （ MDMO-PPV ）和富勒烯的丁酸甲酯衍生物（ PCBM ）的混合物。
或者，活性物质可以为质量比为 1:1~1:4 的聚 [2- 甲氧基 -5-(2′- 乙烯基 - 己氧基
) 聚对苯乙烯撑 ] （ MEH-PPV ）和富勒烯的丁酸甲酯衍生物（ PCBM ）的混合物。
有机溶剂可以为甲苯、二甲苯、氯苯和氯仿中的一种或两种。
优选的，活性物质溶液为质量比为 1:3 、总浓度为 24mg/mL 的 MEH-PPV 和 PCBM
的氯苯溶液。
保护气体氛围可以为氮气氛围或惰性气体氛围。
活性层 30 的厚度可以为 80nm~300nm ，优选为 200nm 。
干燥得到活性层 30 的操作具体可以为室温下放置 24h~48h 或 50 ℃
~100℃下退火10min~100min 。优选为 100 ℃ 下退火 45min 。
步骤 S40 、在活性层 30 上蒸镀掺杂了铯盐和金属颗粒的电子传输材料，形成电子传输层 40
。
铯盐占电子传输层 40 的质量百分比的 5%~20% 。
铯盐可以为碳酸铯（ Cs2CO3 ）、叠氮铯（
CsN3 ）、氟化铯（ CsF ）或氯化铯（ CsCl ）。
金属颗粒占电子传输层 40 的质量百分比的 0.5%~5% 。
金属颗粒的粒径范围为 1nm~50nm 。优选的，金属颗粒的粒径范围为 10nm~30nm 。
金属颗粒的材质选择导电率高、功函数在 4.2eV 以上且熔点在 2000 ℃
以下的金属。一般还要求将该金属制成 10nm 厚的薄膜时，可见光透过率大于 90% 。具体的，可以为铝（ Al ）、银（ Ag ）、金（ Au ）或铂（ Pt
）。电子传输材料可以为 2- （ 4- 联苯基） -5- （ 4- 叔丁基）苯基 -1,3,4- 恶 二唑（ PBD ）、 4,7- 二苯基 -1,10-
菲罗啉（ Bphen ）、 1,2,4- 三唑衍生物（如 TAZ ）或 N- 芳基苯并咪唑（ TPBI ）。
电子传输层 40 的厚度为 5nm~40nm 。
步骤 S50 、在电子传输层 40 上形成阴极 50 ，得到高聚物太阳能电池器件 100 。
阴极 50 的材质可以为铝（ Al ）、银（ Ag ）、金（ Au ）或铂（ Pt ）。
阴极 50 的厚度可以为 80nm~250nm 。
优选的，阴极 50 的材质为 Al ，厚度为 150nm 。
下面为具体实施例。
下述实施例中，用到的制备与测试仪器为：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
本实施例制备得到的高聚物太阳能电池器件的结构为： ITO/(PEDOT:PSS)/ (
MEH-PPV:PCBM )/ （ Bhpen:Cs2CO3:Ag ） / Al 。
上述 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，异丙醇各超声
15min ，去除玻璃表面的有机污染物。清洗干净后进行氧等离子处理，处理时间为 5min ，功率为 30W 。然后将 质量比为 6:1 、质量百分比为
1.3% 的 PEDOT 和 PSS 的水溶液，旋涂在 ITO 上， 200 ℃ 下加热 30min ，制得厚度为 40nm 的 空穴缓冲层。接着在 氮气氛围
下，将 质量比为 1:3 、总浓度为 24mg/mL 的 MEH-PPV 和 PCBM 的氯苯溶液旋涂在空穴缓冲层上，室温下放置 48h ， 制得厚度为
200nm 的活性层。接着蒸镀材料为 Bhpen:Cs2CO3:Ag （其中，
Cs2CO3 和 Ag 颗粒为掺杂材料， Cs2CO3 占 质量百分比
的 10% ， Ag 颗粒的粒径为 30nm ， Ag 颗粒占 质量百分比的 1% ）、且 厚度为 25nm 的电子传输层。最后蒸镀阴极，材料为 Al
，厚度为 150nm ，得到所需要的高聚物太阳能电池器件。
图 3 为实施例 1 制得的高聚物太阳能电池器件与传统的高聚物太阳能电池器件的电流密度 -
电压曲线图。
曲线 1 为实施例 1 制得的高聚物太阳能电池器件的电流密度 - 电压曲线，曲线 2
为传统的高聚物太阳能电池器件的电流密度 - 电压曲线。
传统的高聚物太阳能电池器件的结构与实施例 1
制得的高聚物太阳能电池器件的区别仅在于电子传输层，传统的高聚物太阳能电池器件的电子传输层的材质为 LiF ，厚度为 0.7nm 。
读图 3 ，并对高聚物太阳能电池器件进行光电流测试（在大气氛围、
100mW/cm2 的光强下进行测试，光照面积为 0.09mm 2 ），具体数据如下表：
| 电流密度（ mA cm<sup>-2</sup> ） | 电压（ V ） | η （ % ） | 填充因子 | |
| 曲线 1 | 6.48 | 0.66 | 1.38 | 0.32 |
| 曲线 2 | 5.21 | 0.63 | 1.02 | 0.31 |
可以看到，传统的高聚物太阳能电池器件的电流密度为 5.21mA/cm2 ，而实施例
1 制备的的高聚物太阳能电池器件的电流密度提高到了 6.48mA/cm2
。这说明，使用了三元掺杂的电子传输层的高聚物太阳能电池器件，可以有效提高电子的传输速率，使活性层 - 电子传输层 -
阴极之间的电子注入势垒降低，有效提高电子的注入和传输效率，最终使器件的能量转换效率得到了增强。传统的高聚物太阳能电池器件的能量转换效率为 1.02%
，而实施例 1 制备的高聚物太阳能电池器件的能量转换效率为 1.38% 。
实施例 2
本实施例制备得到的高聚物太阳能电池器件的结构为： IZO/(PEDOT:PSS)/ (
MDMO-PPV:PCBM )/ （ PBD:CsF:Al ） / Ag 。
上述 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，异丙醇各超声
15min ，去除玻璃表面的有机污染物。清洗干净后进行氧等离子处理，处理时间为 5min ，功率为 30W 。然后将 质量比为 2:1 、质量百分比为 5%
的 PEDOT 和 PSS 的水溶液，旋涂在 IZO 上， 100 ℃ 下加热 60min ，制得厚度为 20nm 的 空穴缓冲层。接着在 氩气氛围 下，将
质量比为 1:4 、总浓度为 8mg/mL 的 MDMO-PPV 和 PCBM 的二甲苯溶液旋涂在空穴缓冲层上， 200 ℃ 下退火 5min ， 制得厚度为
300nm 的活性层。接着蒸镀材料为 PBD:CsF:Al （其中， CsF 和 Al 为掺杂材料， CsF 占 质量百分比的 20% ， Al 颗粒的粒径为
10nm ， Al 颗粒占 质量百分比的 0.5% ）、且厚度为 5nm 的电子传输层。最后蒸镀阴极，材料为 Ag ，厚度为 80nm
，得到所需要的高聚物太阳能电池器件。
实施例 3
本实施例制备得到的高聚物太阳能电池器件的结构为： AZO/(PEDOT:PSS)/ (
P3HT:PCBM )/ （ TPBi: CsCl:Au ） / Pt 。
上述 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，异丙醇各超声
15min ，去除玻璃表面的有机污染物。清洗干净后进行 臭氧 - 紫外线处理，处理时间为 15min 。然后将 质量比为 4:1 、质量百分比为 1% 的
PEDOT 和 PSS 的水溶液，旋涂在 AZO 上， 200 ℃ 下加热 15min ，制得厚度为 80nm 的 空穴缓冲层。接着在 氦气氛围 下，将
质量比为 1:0.8 、总浓度为 30mg/mL 的 P3HT 和 PCBM 的二甲苯溶液旋涂在空穴缓冲层上， 100 ℃ 下退火 30min ， 制得厚度为
100nm 的活性层。接着蒸镀材料为 TPBi:CsCl:Au （其中， CsCl 和 Au 为掺杂材料， CsCl 占 质量百分比的 5% ， Au
颗粒的粒径为 1nm ， Au 颗粒占 质量百分比的 5% ）、且厚度为 40nm 的电子传输层。最后蒸镀阴极，材料为 Pt ，厚度为 250nm
，得到所需要的高聚物太阳能电池器件。
实施例 4
本实施例制备得到的高聚物太阳能电池器件的结构为： FTO/(PEDOT:PSS)/ (
P3HT:PCBM )/ （ TAZ: CsN3:Pt ） / Au 。
上述 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，异丙醇各超声
15min ，去除玻璃表面的有机污染物。清洗干净后进行氧等离子处理，处理时间为 5min ，功率为 30W 。然后将 质量比为 5:1 、质量百分比为 2%
的 PEDOT 和 PSS 的水溶液，旋涂在 FTO 上， 100 ℃ 下加热 45min ，制得厚度为 60nm 的 空穴缓冲层。接着在 氮气氛围 下，将
质量比为 1:1 、总浓度为 20mg/mL 的 P3HT 和 PCBM 的氯苯溶液旋涂在空穴缓冲层上， 50 ℃ 下退火 100min ， 制得厚度为
80nm 的活性层。接着蒸镀材料为 TAZ: CsN3:Pt （其中， CsN3 和 Pt 为掺杂材料，
CsN3 占 质量百分比的 10% ， Pt 颗粒的粒径为 20nm ， Pt 颗粒占 质量百分比的 2% ）且厚度为 20nm
的电子传输层。最后蒸镀阴极，材料为 Au ，厚度为 100nm ，得到所需要的高聚物太阳能电池器件。
实施例 5
本实施例制备得到的高聚物太阳能电池器件的结构为： IZO/(PEDOT:PSS)/ (
MEH-PPV:PCBM )/ （ Bphen: CsF:Ag ） / Al 。
上述 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，异丙醇各超声
15min ，去除玻璃表面的有机污染物。清洗干净后进行氧等离子处理，处理时间为 5min ，功率为 30W 。然后将 质量比为 6:1 、质量百分比为 5%
的 PEDOT 和 PSS 的水溶液，旋涂在 ITO 上， 200 ℃ 下加热 15min ，制得厚度为 40nm 的 空穴缓冲层。接着在 氮气氛围 下，将
质量比为 1:2 、总浓度为 16mg/mL 的 MEH-PPV 和 PCBM 的氯仿和氯苯的混合溶液旋涂在空穴缓冲层上， 150 ℃ 下退火 60min ，
制得厚度为 160nm 的活性层。接着蒸镀材料为 Bphen: CsF:Ag （其中， CsF 和 Ag 为掺杂材料， CsF 占 质量百分比的 15% ，
Ag 颗粒的粒径为 50nm ， Ag 颗粒占 质量百分比的 2% ）且厚度为 25nm 的电子传输层。最后蒸镀阴极，材料为 Al ，厚度为 150nm
，得到所需要的高聚物太阳能电池器件。
以上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)
- 一种高聚物太阳能电池器件，包括依次层叠的如下结构：导电阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层和阴极；其特征在于，所述电子传输层的材质为掺杂了铯盐和金属颗粒的电子传输材料；所述金属颗粒的粒径范围为 1nm~50nm ，所述金属颗粒材质为铝、银、金或铂。
- 如权利要求 1 所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述铯盐占所述电子传输层的质量百分比的 5%~20% 。
- 如权利要求 1 所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述金属颗粒占所述电子传输层的质量百分比的 0.5%~5% 。
- 如权利要求 1 所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述电子传输材料为 2- （ 4- 联苯基） -5- （ 4- 叔丁基）苯基 -1,3,4- 恶二唑 、 4,7- 二苯基 -1,10- 菲罗啉、 1,2,4- 三唑衍生物或 N- 芳基苯并咪唑。
- 如权利要求 1 所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述铯盐为碳酸铯、叠氮铯、氟化铯或氯化铯。
- 如权利要求 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 5nm~40nm 。
- 如权利要求 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质为质量比为 2:1~6:1 的聚 3,4- 二氧乙烯噻吩和聚苯磺酸盐的混合物。
- 如权利要求 1 所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述活性层的材质为质量比为 1:0.8~1:1 的聚 3- 己基噻吩和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物；或者，所述活性层的材质为质量比为 1:1~1:4 的聚 [2- 甲氧基 -5-(3,7- 二甲基辛氧基 ) 对苯撑乙烯 ] 和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物；或者，所述活性层的材质为质量比为 1:1~1:4 的聚 [2- 甲氧基 -5-(2′- 乙烯基 - 己氧基 ) 聚对苯乙烯撑 ] 和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物。
- 如权利要求 1 所述的高聚物太阳能电池器件，其特征在于，所述导电阳极基底的材质为铟锡氧化物玻璃、掺氟氧化锡玻璃、掺铝的氧化锌玻璃或掺铟的氧化锌玻璃；所述阴极的材质为铝、银、金或铂。
- 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：对导电阳极基底进行预处理；在所述导电阳极基底上旋涂形成空穴缓冲层；在所述空穴缓冲层上旋涂形成活性层；在所述活性层上蒸镀掺杂了铯盐和金属颗粒的电子传输材料，形成电子传输层；及在所述电子传输层上形成阴极，得到所述高聚物太阳能电池器件。
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