CN104253216A - 太阳能电池器件及其制备方法 - Google Patents

太阳能电池器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104253216A
CN104253216A CN201310263537.2A CN201310263537A CN104253216A CN 104253216 A CN104253216 A CN 104253216A CN 201310263537 A CN201310263537 A CN 201310263537A CN 104253216 A CN104253216 A CN 104253216A
Authority
CN
China
Prior art keywords
intermediate layer
solar cell
active layer
cell device
poly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310263537.2A
Other languages
English (en)
Inventor
周明杰
黄辉
陈吉星
王平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd
Shenzhen Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd
Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Original Assignee
Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd
Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd, Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd filed Critical Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd
Priority to CN201310263537.2A priority Critical patent/CN104253216A/zh
Publication of CN104253216A publication Critical patent/CN104253216A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H10K71/15—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating characterised by the solvent used
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一种太阳能电池器件，包括依次层叠的阳极、空穴缓冲层、第一活性层、中间层、第二活性层、电子缓冲层及阴极，第一活性层和第二活性层的材料为聚3-己基噻吩与6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的混合物，中间层包括n型中间层及层叠于n型中间层表面的p型中间层，n型中间层的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在富勒烯衍生物中的氧化锌，富勒烯衍生物选自氟化铯、碳酸铯、氯化铯及叠氮铯中的至少一种，p型中间层的材料包括聚噻吩及掺杂在聚噻吩中的酞菁化合物，聚噻吩选自聚3己基噻吩、聚3-甲基噻吩及聚3辛基噻吩中的至少一种。该太阳能电池器件的能量转换效率较高。此外，还提供了一种太阳能电池器件的制备方法。

Description

太阳能电池器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池器件及其制备方法。
背景技术
太阳能电池器件由于具有廉价、清洁、可再生等优点而得到了广泛的应用。目前常用的太阳能电池器件结构包括依次层叠的阳极、空穴缓冲层、第一活性层、电子缓冲层及阴极。第一活性层的激子分离产生空穴和电子后，空穴到达阳极，电子到达阴极，从而被电极收集，形成有效的能量转换。目前，传统的太阳能电池的能量转换效率较低。
发明内容
基于此，有必要提供一种能量转换效率较高的太阳能电池器件及其制备方法。
一种太阳能电池器件，包括依次层叠的阳极、空穴缓冲层、第一活性层、中间层、第二活性层、电子缓冲层及阴极，所述第一活性层和第二活性层的材料为聚3-己基噻吩与6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的混合物，所述中间层包括n型中间层及层叠于所述n型中间层表面的p型中间层，所述n型中间层的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在所述富勒烯衍生物中的氧化锌，所述富勒烯衍生物选自足球烯、碳70、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯及[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯中的至少一种，所述p型中间层的材料包括聚噻吩及掺杂在所述聚噻吩中的酞菁化合物，所述聚噻吩选自聚3己基噻吩、聚3-甲基噻吩及聚3辛基噻吩中的至少一种，所述酞菁化合物选自酞菁铜、酞菁锌、酞菁镁及酞菁钒中的至少一种。
在优选的实施例中，所述n型中间层的厚度为20nm～100nm，所述n型中间层中所述氧化锌与所述富勒烯衍生物的质量比0.01:1～0.1:1。
在优选的实施例中，所述p型中间层的厚度为10nm～30nm，所述聚噻吩与所述酞菁化合物的质量比为1:2～1:10。
在优选的实施例中，所述空穴缓冲层的材料为聚3,4-二氧乙烯噻吩与聚苯磺酸盐的混合物。
在优选的实施例中，所述第一活性层及第二活性层中所述聚3-己基噻吩与所述6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的质量比为1:0.5～1:4。
一种太阳能电池器件的制备方法，包括以下步骤：
在阳极表面上旋涂制备空穴缓冲层；
在所述空穴缓冲层上旋涂含有聚3-己基噻吩及6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的溶液，形成第一活性层；
将含有n型中间层材料的悬浮液旋涂在所述第一活性层表面制备n型中间层，所述n型中间层的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在所述富勒烯衍生物中的氧化锌，所述富勒烯衍生物选自足球烯、碳70、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯及[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯中的至少一种；
将含有p型中间层材料的悬浮液旋涂在所述n型中间层的表面制备p型中间层，p型中间层的材料包括聚噻吩及掺杂在所述聚噻吩中的酞菁化合物，所述聚噻吩选自聚3己基噻吩、聚3-甲基噻吩及聚3辛基噻吩中的至少一种，所述酞菁化合物选自酞菁铜、酞菁锌、酞菁镁及酞菁钒中的至少一种；
在所述p型中间层表面旋涂含有聚3-己基噻吩及6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的溶液，形成第二活性层；及
在所述第二活性层的表面依次蒸镀制备电子缓冲层及阴极。
在优选的实施例中，所述n型中间层的厚度为20nm～100nm，所述n型中间层中所述氧化锌与所述富勒烯衍生物的质量比0.01:1～0.1:1。
在优选的实施例中，所述p型中间层的厚度为10nm～30nm，所述聚噻吩与所述酞菁化合物的质量比为1:2～1:10。
在优选的实施例中，所述含有n型中间层材料的悬浮液中，所述富勒烯衍生物的浓度为8mg/mL～20mg/mL。
在优选的实施例中，所述含有p型中间层材料的悬浮液中，所述聚噻吩的浓度为5mg/ml～30mg/ml。
上述太阳能电池器件及其制备方法，通过在第一活性层及第二活性层之间制备中间层，提高太阳能电池器件的第一活性层及第二活性层的光吸收效率，从而提高光电转换效率；n型中间层的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在富勒烯衍生物中的氧化锌，富勒烯为富电子材料，可提高电子的传输速率，可提高电子的收集效率，而加入少量纳米金属氧化锌粒子，可对光进行散射，使通过第一活性层的光经过散射大部分进入到第二活性层，从而被活性层吸收，提高第二活性层的吸收效率，p型中间层中的聚噻吩为具有空穴传输性能的材料，可提高空穴的传输速率，而酞菁化合物易结晶，结晶后也可对光进行散射，提高吸收效率，同时，酞菁化合物是空穴传输材料，与聚噻吩混合后可进一步提高空穴传输速率，从而提高光电转换效率。
附图说明
图1为一实施例的太阳能电池器件的结构示意图；
图2为一实施例的太阳能电池器件的制备方法流程图；
图3为实施例1的太阳能电池器件及传统的太阳能电池器件的电流密度与电压关系图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
请参阅图1，一实施例的太阳能电池器件100包括依次层叠的阳极10、空穴缓冲层20、第一活性层30、中间层40、第二活性层50、电子缓冲层60及阴极70。
阳极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）或掺铟的氧化锌玻璃（IZO）。
空穴缓冲层20形成于阳极10表面。空穴缓冲层20的材料为聚3,4-二氧乙烯噻吩（PEDOT）与聚苯磺酸钠（PSS）的混合物。其中PEDOT与PSS的质量比为2:1～6:1，优选为3:1。空穴缓冲层20的厚度为20nm～80nm，优选为60nm。
第一活性层30形成于空穴缓冲层20表面。第一活性层30的材料为聚3-己基噻吩(P3HT)与6,6-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM）的混合物。其中P3HT:PC61BM的质量为1:0.5～1:4，优选为1:2。第一活性层30的厚度为100nm～300nm，优选为130nm。
中间层40形成于第一活性层30的表面。中间层40包括形成于第一活性层30表面的n型中间层42及形成于n型中间层42表面的p型中间层44。
n型中间层42的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在富勒烯衍生物中的氧化锌。富勒烯衍生物选自足球烯（C60）、碳70（C70）、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM）或[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯（P71BM）中的至少一种。氧化锌与富勒烯衍生物的质量比0.01:1～0.1:1。优选的，氧化锌的粒径为50nm～200nm。n型中间层42的厚度为20nm～100nm。
p型中间层44的材料包括聚噻吩及掺杂在聚噻吩中的酞菁化合物。聚噻吩选自聚3己基噻吩（P3HT）、聚3-甲基噻吩（P3AT）及聚3辛基噻吩（P3OT）中的至少一种。酞菁化合物选自酞菁铜（CuPc）、酞菁锌（ZnPc）、酞菁镁（MgPc）及酞菁钒（VPc）中的至少一种。聚噻吩与酞菁化合物的质量比为1:2～1:10。p型中间层44的厚度为10nm～30nm。
第二活性层50形成于p型中间层44的表面。第二活性层50的材料为聚3-己基噻吩(P3HT)与6,6-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM）的混合物。其中P3HT:PC61BM的质量为1:0.5～1:4，优选为1:2。第二活性层50的厚度为100nm～300nm，优选为130nm。
电子缓冲层60形成于第二活性层50表面。电子缓冲层60的材料选自叠氮化铯（CsN3）、氟化锂（LiF）、碳酸锂（Li2CO3）及碳酸铯（Cs2CO3）中的至少一种，优选为LiF。电子缓冲层60的厚度为0.5nm～10nm，优选为0.7nm。
阴极70形成于电子缓冲层60表面。阴极70的材料选自铝（Al）、银（Ag）、金（Au）及铂（Pt）中的至少一种，优选为Al。阴极70的厚度为80nm～300nm，优选为150nm。
该太阳能电池器件100，通过在第一活性层30及第二活性层50之间制备中间层40，提高太阳能电池器件10的第一活性层30及第二活性层50的光吸收效率，从而提高光电转换效率；n型中间层42的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在富勒烯衍生物中的氧化锌，富勒烯为富电子材料，可提高电子的传输速率，可提高电子的收集效率，而加入少量纳米金属氧化锌粒子，可对光进行散射，使通过第一活性层的光经过散射大部分进入到第二活性层，从而被活性层吸收，提高第二活性层的吸收效率，p型中间层44中的聚噻吩为具有空穴传输性能的材料，可提高空穴的传输速率，而酞菁化合物易结晶，结晶后也可对光进行散射，提高吸收效率，同时，酞菁化合物是空穴传输材料，与聚噻吩混合后可进一步提高空穴传输速率，从而提高光电转换效率。
需要说明的是，上述太阳能电池器件100还可以根据需要设置其他功能层。
请同时参阅图2，一实施例的太阳能电池器件100的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S110、在阳极10表面旋涂制备空穴缓冲层20。
阳极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）或掺铟的氧化锌玻璃（IZO）。
本实施方式中，对阳极10前处理包括去除阳极10表面的有机污染物及对阳极10进行等氧离子处理。将阳极10采用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙酮各超声波清洗15min，以去除基底10表面的有机污染物；对阳极10进行等氧离子处理时间为5min～15min，功率为10～50W。
空穴缓冲层20通过在阳极10表面旋涂含有空穴缓冲材料的溶液制备。旋涂的转速为2000rpm～6000rpm，时间为10s～30s，优选的，旋涂的转速为3000rpm，时间为15s。空穴缓冲材料为聚3,4-二氧乙烯噻吩（PEDOT）与聚苯磺酸钠（PSS）的混合物。其中PEDOT与PSS的质量比为2:1～6:1，优选为3:1。含有空穴缓冲材料的溶液中PEDOT的质量百分含量为1%～5%，优选为3%，溶剂为水。旋涂后在100℃～200℃下加热15分钟～60分钟，优选在200℃下加热30分钟。空穴缓冲层20的厚度为20nm～80nm，优选为60nm。
步骤S120、在空穴缓冲层20表面旋涂制备第一活性层30。
第一活性层30由第一活性层溶液旋涂在空穴缓冲层20表面制成。旋涂的转速为4000rpm～6000rpm，时间为10s～30s，优选的，旋涂转速为5000rpm，时间为20s。第一活性层溶液中第一活性层材料的浓度为8mg/ml～30mg/ml，优选为25mg/ml。第一活性层溶液的溶剂选自甲苯、二甲苯、氯苯及氯仿中的至少一种，优选为氯苯。第一活性层材料为聚3-己基噻吩(P3HT)与6,6-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM）的混合物。其中P3HT:PC61BM的质量为1:0.5～1:4，优选为1:2。旋涂第一活性层30在充满惰性气体的手套箱中进行，之后在50℃～200℃下退火5分钟～100分钟，优选在100℃下退火30分钟。第一活性层30的厚度为100nm～300nm，优选为130nm。
步骤S130、将含有n型中间层材料的悬浮液旋涂在第一活性层30表面制备n型中间层42。
n型中间层42的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在富勒烯衍生物中的氧化锌。富勒烯衍生物选自足球烯（C60）、碳70（C70）、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM）或[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯（P71BM）中的至少一种。氧化锌与富勒烯衍生物的质量比0.01:1～0.1:1。优选的，氧化锌的粒径为50nm～200nm。n型中间层42的厚度为20nm～100nm。
优选的，含有n型中间层材料的悬浮液中，富勒烯衍生物的浓度为8mg/mL～20mg/mL。悬浮液中的溶剂为氯苯、三氯甲烷、二氯甲烷或对二甲苯。
优选的，氧化锌的粒径为50nm～200nm。
优选的，旋涂的转速为2000rpm～6000rpm，时间为5s～30s。旋涂后在100℃～200℃下烘干10分钟～30分钟。
步骤S140、将含有p型中间层材料的悬浮液旋涂在n型中间层42的表面制备p型中间层44。
p型中间层44的材料包括聚噻吩及掺杂在聚噻吩中的酞菁化合物。聚噻吩选自聚3己基噻吩（P3HT）、聚3-甲基噻吩（P3AT）及聚3辛基噻吩（P3OT）中的至少一种。酞菁化合物选自酞菁铜（CuPc）、酞菁锌（ZnPc）、酞菁镁（MgPc）及酞菁钒（VPc）中的至少一种。聚噻吩与酞菁化合物的质量比为1:2～1:10。p型中间层44的厚度为10nm～30nm。
优选的，含有p型中间层材料的悬浮液中，聚噻吩的浓度为5mg/mL～30mg/mL。悬浮液中的溶剂为氯苯、三氯甲烷、二氯甲烷或对二甲苯。
优选的，旋涂的转速为2000rpm～6000rpm，时间为5s～30s。旋涂后在100℃～200℃下烘干10分钟～30分钟。
步骤S150、在p型中间层44表面旋涂制备第二活性层50。
第二活性层50由第二活性层溶液旋涂在p型中间层44表面制成。旋涂的转速为4000rpm～6000rpm，时间为10s～30s，优选的，旋涂转速为5000rpm，时间为10s。第二活性层溶液中第二活性层材料的浓度为8mg/ml～30mg/ml，优选为25mg/ml。第二活性层溶液的溶剂选自甲苯、二甲苯、氯苯及氯仿中的至少一种，优选为氯苯。第二活性层材料为聚3-己基噻吩(P3HT)与6,6-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM）的混合物。其中P3HT:PC61BM的质量为1:0.5～1:4，优选为1:2。旋涂第二活性层50在充满惰性气体的手套箱中进行，之后在50℃～200℃下退火5分钟～100分钟，优选在100℃下退火30分钟。第二活性层50的厚度为100nm～300nm，优选为130nm。
步骤S160、在第二活性层50的表面依次蒸镀制备电子缓冲层60及阴极70。
电子缓冲层60形成于第二活性层50表面。电子缓冲层60的材料选自叠氮化铯（CsN3）、氟化锂（LiF）、碳酸锂（Li2CO3）及碳酸铯（Cs2CO3）中的至少一种，优选为LiF。电子缓冲层60的厚度为0.5nm～10nm，优选为0.7nm。蒸镀在真空压力为3×10-3～2×10-5Pa下进行，蒸镀速率为0.1nm/s～1nm/s。
阴极70形成于电子缓冲层60表面。阴极70的材料选自铝（Al）、银（Ag）、金（Au）及铂（Pt）中的至少一种，优选为Al。阴极70的厚度为80nm～300nm，优选为150nm。蒸镀在真空压力为3×10-3～2×10-5Pa下进行，蒸镀速率为1nm/s～10nm/s。
上述太阳能电池器件制备方法，制备工艺简单，制备的太阳能电池器件的能量转换效率较高。
以下结合具体实施例对本发明提供的太阳能电池器件的制备方法进行详细说明。
本发明实施例及对比例所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AM1.5的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源。
实施例1
本实施例制备的结构为：ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/PC61BM:ZnO/P3HT:CuPc/P3HT:PC61BM/LiF/Al的太阳能电池器件。其中，“/”表示层叠结构，“：”表示掺杂或混合，以下实施例相同。
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；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为10min，功率为20W；旋涂制备空穴缓冲层，材料为PEDOT:PSS的质量比为3:1，PEDOT的质量分数为3%，旋涂的转速为3000rpm，时间为15s，旋涂后在200℃下加热30min，厚度为60nm；旋涂第一活性层，第一活性层由浓度为25mg/ml的P3HT及PC61BM的溶液旋涂而成，溶剂为氯苯，P3HT与PC61BM的质量比为1:2，旋涂的转速为5000rpm，时间为20s，旋涂后在100℃下退火30分钟，厚度控制在130nm。旋涂n型中间层，悬浮液包括ZnO、PC61BM及溶剂，ZnO的粒径为100nm，溶剂为氯苯，PC61BM的浓度为12mg/ml，ZnO与PC61BM的重量比为0.02:1，旋涂的转速为4000rpm，时间为10s，150℃烘干20分钟，厚度为50nm。接着旋涂p型中间层，悬浮液包括P3HT、CuPc及溶剂，溶剂为三氯甲烷，P3HT的浓度为10mg/ml，P3HT与CuPc的重量比为1:5，旋涂的转速为4000rpm，时间为10s，150℃烘干20分钟，厚度为20nm。然后旋涂第二活性层，第二活性层由浓度为25mg/ml的P3HT及PC61BM的溶液旋涂而成，溶剂为氯苯，P3HT与PC61BM的质量比为1:2，旋涂的转速为5000rpm，时间为20s，旋涂后在100℃下退火30分钟，厚度控制在130nm。然后蒸镀制备电子缓冲层，材料为LiF，厚度为0.7nm，蒸镀在真空压力为5×10-4Pa下进行，蒸镀速率为0.2nm/s；蒸镀阴极，材料为Al，厚度为150nm，蒸镀在真空压力为5×10-4Pa下进行，蒸镀速率为4nm/s。最后得到所要的聚合物太阳能电池器件。
请参阅图3，所示为实施例1中制备的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/PC61BM:ZnO/P3HT:CuPc/P3HT:PC61BM/LiF/Al的太阳能电池器件（曲线1）与传统的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al太阳能电池器件（曲线2）的电流密度与电压关系，表1所示为实施例1中制备的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/PC61BM:ZnO/P3HT:CuPc/P3HT:PC61BM/LiF/Al的太阳能电池器件与传统的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al太阳能电池器件的电流密度、电压、能量转换效率（η）及填充因子数据。传统的太阳能电池器件中各层厚度与实施例1制备的太阳能电池器件中各层厚度相同。
表1
电流密度（mA/cm2） 电压（V） η（%） 填充因子
曲线1 9.49 0.69 2.49 0.38
曲线2 5.16 0.67 1.29 0.37
从表1和图3可以看到，常用的太阳能电池器件电流密度为5.16mA/cm2，而实施例1制备的太阳能电池器件电流密度提高到了9.49mA/cm2，这说明，本发明的中间层能提高光电转换效率。传统的太阳能电池器件的能量转换效率为1.29%，而实施例1制备的太阳能电池器件的能量转换效率为2.49%。
以下各个实施例的电流密度与电压关系曲线、电流密度、电压、能量转换效率及填充因子都与实施例1相类似，各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
本实施例制备的结构为IZO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/ZnO:C60/P3AT:ZnPc/P3HT:PC61BM/Cs2CO3/Au的太阳能电池器件。
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；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为15min，功率为10W；旋涂制备空穴缓冲层，材料为PEDOT:PSS的质量比为2:1，PEDOT的质量分数为5%，旋涂的转速为6000rpm，时间为30s，旋涂后在100℃下加热60min，厚度为20nm；旋涂第一活性层，第一活性层由浓度为8mg/ml的P3HT及PC61BM的溶液旋涂而成，溶剂为甲苯，P3HT与PC61BM的质量比为1:0.5，旋涂的转速为4000rpm，时间为10s，旋涂后在50℃下退火100分钟，厚度控制在300nm。旋涂n型中间层，悬浮液包括ZnO、C60及溶剂，ZnO的粒径为50nm，溶剂为三氯甲烷，C60的浓度为8mg/ml，ZnO与C60的重量比为0.01:1，旋涂的转速为6000rpm，时间为30s，100℃烘干30分钟，厚度为20nm。接着旋涂p型中间层，悬浮液包括P3AT、ZnPc及溶剂，溶剂为氯苯，P3AT的浓度为5mg/ml，P3AT与ZnPc的重量比为1:10，旋涂的转速为2000rpm，时间为5s，200℃烘干10min，厚度为30nm。然后旋涂第二活性层，第二活性层由浓度为30mg/ml的P3HT及PC61BM的溶液旋涂而成，溶剂为氯仿，P3HT与PC61BM的质量比为1:4，旋涂的转速为6000rpm，时间为10s，旋涂后在150℃下退火15分钟，厚度控制在100nm。然后蒸镀制备电子缓冲层，材料为Cs2CO3，厚度为5nm，蒸镀在真空压力为3×10-3Pa下进行，蒸镀速率为0.1nm/s；蒸镀阴极，材料为Au，厚度为300nm，蒸镀在真空压力为3×10-3Pa下进行，蒸镀速率为1nm/s。最后得到所要的聚合物太阳能电池器件。
实施例3
本实施例制备的结构为FTO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/C70:ZnO/P3OT:MgPc/P3HT:PC61BM/CsN3/Ag的太阳能电池器件。
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；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为5min，功率为50W；旋涂制备空穴缓冲层，材料为PEDOT:PSS的质量比为6:1，PEDOT的质量分数为1%，旋涂的转速为2000rpm，时间为10s，旋涂后在200℃下加热15min，厚度为80nm；旋涂第一活性层，第一活性层由浓度为30mg/ml的P3HT及PC61BM的溶液旋涂而成，溶剂为二甲苯，P3HT与PC61BM的质量比为1:4，旋涂的转速为6000rpm，时间为30s，旋涂后在200℃下退火5分钟，厚度控制在100nm。旋涂n型中间层，悬浮液包括ZnO、C70及溶剂，ZnO的粒径为50nm，溶剂为二氯甲烷，C70的浓度为20mg/ml，ZnO与C70的重量比为0.1:1，旋涂的转速为2000rpm，时间为5s，200℃烘干10min，厚度为100nm。接着旋涂p型中间层，悬浮液包括P3OT、MgPc及溶剂，溶剂为二甲苯，P3OT的浓度为30mg/ml，P3OT与MgPc的重量比为1:2，旋涂的转速为6000rpm，时间为30s，100℃烘干30min，厚度为10nm。然后旋涂第二活性层，第二活性层由浓度为8mg/ml的P3HT及PC61BM的溶液旋涂而成，溶剂为二甲苯，P3HT与PC61BM的质量比为1:0.5，旋涂的转速为4000rpm，时间为10s，旋涂后在150℃下退火15分钟，厚度控制在200nm。然后蒸镀制备电子缓冲层，材料为CsN3，厚度为10nm，蒸镀在真空压力为2×10-5Pa下进行，蒸镀速率为1nm/s；蒸镀阴极，材料为Ag，厚度为80nm，蒸镀在真空压力为2×10-5Pa下进行，蒸镀速率为10nm/s。最后得到所要的聚合物太阳能电池器件。
实施例4
本实施例制备的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/P71BM:ZnO/P3HT:VPc/P3HT:PC61BM/Li2CO3/Pt的太阳能电池器件。
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；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为10min，功率为25W；旋涂制备空穴缓冲层，材料为PEDOT:PSS的质量比为3:1，PEDOT的质量分数为3.5%，旋涂的转速为5000rpm，时间为20s，旋涂后在150℃下加热20min，厚度为60nm；旋涂第一活性层，第一活性层由浓度为10mg/ml的P3HT及PC61BM的溶液旋涂而成，溶剂为氯仿，P3HT与PC61BM的质量比为1:3，旋涂的转速为5000rpm，时间为20s，旋涂后在100℃下退火30分钟，厚度控制在200nm。旋涂n型中间层，悬浮液包括ZnO、P71BM及溶剂，ZnO的粒径为100nm，溶剂为对二甲苯，P71BM的浓度为15mg/ml，ZnO与P71BM的重量比为0.05:1，旋涂的转速为5000rpm，时间为20s，150℃烘干20min，厚度为60nm。接着旋涂p型中间层，悬浮液包括P3HT、VPc及溶剂，溶剂为二氯甲烷，P3HT的浓度为15mg/ml，P3HT与VPc的重量比为1:4，旋涂的转速为4000rpm，时间为10s，120℃烘干20min，厚度为20nm。然后旋涂第二活性层，第二活性层由浓度为25mg/ml的P3HT及PC61BM的溶液旋涂而成，溶剂为甲苯，P3HT与PC61BM的质量比为1:2，旋涂的转速为4200rpm，时间为20s，旋涂后在150℃下退火10分钟，厚度控制在80nm。然后蒸镀制备电子缓冲层，材料为Li2CO3，厚度为1nm，蒸镀在真空压力为2×10-4Pa下进行，蒸镀速率为0.15nm/s；蒸镀阴极，材料为Pt，厚度为100nm，蒸镀在真空压力为2×10-4Pa下进行，蒸镀速率为2nm/s。最后得到所要的聚合物太阳能电池器件。
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)

1.一种太阳能电池器件，其特征在于，包括依次层叠的阳极、空穴缓冲层、第一活性层、中间层、第二活性层、电子缓冲层及阴极，所述第一活性层和第二活性层的材料为聚3-己基噻吩与6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的混合物，所述中间层包括n型中间层及层叠于所述n型中间层表面的p型中间层，所述n型中间层的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在所述富勒烯衍生物中的氧化锌，所述富勒烯衍生物选自足球烯、碳70、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯及[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯中的至少一种，所述p型中间层的材料包括聚噻吩及掺杂在所述聚噻吩中的酞菁化合物，所述聚噻吩选自聚3己基噻吩、聚3-甲基噻吩及聚3辛基噻吩中的至少一种，所述酞菁化合物选自酞菁铜、酞菁锌、酞菁镁及酞菁钒中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其特征在于：所述n型中间层的厚度为20nm～100nm，所述n型中间层中所述氧化锌与所述富勒烯衍生物的质量比0.01:1～0.1:1。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其特征在于：所述p型中间层的厚度为10nm～30nm，所述聚噻吩与所述酞菁化合物的质量比为1:2～1:10。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其特征在于：所述空穴缓冲层的材料为聚3,4-二氧乙烯噻吩与聚苯磺酸盐的混合物。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其特征在于：所述第一活性层及第二活性层中所述聚3-己基噻吩与所述6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的质量比为1:0.5～1:4。
6.一种太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在阳极表面上旋涂制备空穴缓冲层；
在所述空穴缓冲层上旋涂含有聚3-己基噻吩及6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的溶液，形成第一活性层；
将含有n型中间层材料的悬浮液旋涂在所述第一活性层表面制备n型中间层，所述n型中间层的材料包括富勒烯衍生物及掺杂在所述富勒烯衍生物中的氧化锌，所述富勒烯衍生物选自足球烯、碳70、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯及[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯中的至少一种；
将含有p型中间层材料的悬浮液旋涂在所述n型中间层的表面制备p型中间层，p型中间层的材料包括聚噻吩及掺杂在所述聚噻吩中的酞菁化合物，所述聚噻吩选自聚3己基噻吩、聚3-甲基噻吩及聚3辛基噻吩中的至少一种，所述酞菁化合物选自酞菁铜、酞菁锌、酞菁镁及酞菁钒中的至少一种；
在所述p型中间层表面旋涂含有聚3-己基噻吩及6,6-苯基-C61-丁酸甲酯的溶液，形成第二活性层；及
在所述第二活性层的表面依次蒸镀制备电子缓冲层及阴极。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述n型中间层的厚度为20nm～100nm，所述n型中间层中所述氧化锌与所述富勒烯衍生物的质量比0.01:1～0.1:1。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述p型中间层的厚度为10nm～30nm，所述聚噻吩与所述酞菁化合物的质量比为1:2～1:10。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述含有n型中间层材料的悬浮液中，所述富勒烯衍生物的浓度为8mg/mL～20mg/mL。
10.根据权利要求6所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述含有p型中间层材料的悬浮液中，所述聚噻吩的浓度为5mg/ml～30mg/ml。
CN201310263537.2A 2013-06-27 2013-06-27 太阳能电池器件及其制备方法 Pending CN104253216A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310263537.2A CN104253216A (zh) 2013-06-27 2013-06-27 太阳能电池器件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310263537.2A CN104253216A (zh) 2013-06-27 2013-06-27 太阳能电池器件及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104253216A true CN104253216A (zh) 2014-12-31

Family

ID=52187930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310263537.2A Pending CN104253216A (zh) 2013-06-27 2013-06-27 太阳能电池器件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104253216A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109830608A (zh) * 2019-01-25 2019-05-31 西安理工大学 一种有机光电探测器及其制备方法
CN117624560A (zh) * 2023-11-20 2024-03-01 武汉理工大学 具有负塞贝克系数的n型掺杂共轭聚合物及其制备方法、应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAN GILOT, MARTIJN M. WIENK, AND RENÉ A. JANSSEN: "《Double and triple junction polymer solar cells processed from solution》", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
YONGBO YUAN, JINSONG HUANG, AND GANG LI: "《Intermediate Layers in Tandem Organic Solar Cells》", 《GREEN》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109830608A (zh) * 2019-01-25 2019-05-31 西安理工大学 一种有机光电探测器及其制备方法
CN109830608B (zh) * 2019-01-25 2022-09-27 西安理工大学 一种有机光电探测器及其制备方法
CN117624560A (zh) * 2023-11-20 2024-03-01 武汉理工大学 具有负塞贝克系数的n型掺杂共轭聚合物及其制备方法、应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103296209A (zh) 异质结构等离激元与体异质结结合的太阳电池
CN111081883B (zh) 一种高效稳定的平面异质结钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN102810640B (zh) 一种倒置型聚合物太阳能电池及其制备方法
CN102856498B (zh) 并联式聚合物太阳能电池及其制备方法
CN102842593B (zh) 聚合物太阳能电池及其制备方法
CN110620184B (zh) 一种以天然植物纤维素或其衍生物作为阴极界面修饰层的有机/聚合物太阳电池器件
CN104011892B (zh) 高聚物太阳能电池器件及其制备方法
CN102956826B (zh) 聚合物太阳能电池及其制备方法
CN102790177B (zh) 聚合物太阳能电池及其制备方法
Ali et al. Laminated carbon nanotubes for the facile fabrication of cost-effective polymer solar cells
CN104253216A (zh) 太阳能电池器件及其制备方法
CN102810639B (zh) 一种并联式聚合物太阳能电池及其制备方法
CN103824940A (zh) 太阳能电池器件及其制备方法
CN104253167A (zh) 太阳能电池器件及其制备方法
CN107369765A (zh) 一种基于有机小分子空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN102810641B (zh) 一种聚合物太阳能电池及其制备方法
CN104253213A (zh) 太阳能电池器件及其制备方法
CN103928621A (zh) 一种聚合物太阳能电池及其制备方法
CN102856497B (zh) 一种p型掺杂并联式聚合物太阳能电池及其制备方法
CN104253221A (zh) 太阳能电池器件及其制备方法
CN104253220A (zh) 太阳能电池器件及其制备方法
CN104253211A (zh) 太阳能电池器件及其制备方法
CN102810642A (zh) 一种聚合物太阳能电池及其制备方法
CN104253223A (zh) 太阳能电池器件及其制备方法
CN103022359B (zh) 太阳能电池器件及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20141231