CN107482123A - 一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，属于有机太阳能电池制备技术领域。本发明是为了解决采用逐层成膜的方法制备电池时，效率较低，且受由于蒸镀电极的限制无法大批量制作的问题。本发明所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，将不同的功能层分别做在A、B两片贴片基材之上，最后再进行压合、退火处理，获得了贴合自封装式钙钛矿电池。这种处理方法会使两贴片的功能层相互渗透，形成一种介于异质结与双功能层之间的结构。不仅可以大幅提升制作效率，还能有效提高优良率。且由于器件基底不受限制，可以利用卷对卷方式进行大批量的生产，不仅方便大批量生产，也方便运输与安装。

Description

一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明属于有机太阳能电池制备技术领域。
背景技术
随着科技的快速发展，能源危机逐渐凸显，据预测地球现有的石油及煤矿资源将在200年内消耗殆尽，于是开发利用新能源迫在眉睫；同时石油类燃料的燃烧等将会带来严重的环境污染，清洁新能源的发掘工作将更加有意义。
目前已有的清洁新能源包括太阳能发电、潮汐发电、风力发电等，然而风力发电、潮汐发电等均受到地理、空间等诸多限制因素，并且从电能的产量方面不能很好的满足当今社会对能源的需求。唯有太阳能发电可以方便广泛地应用于各种场景，不仅可以在地广人稀的地方集中建设太阳能发电站，还能在人口密集的地方进行建筑外挂，充分利用楼宇的外层空间。
然而传统的无机硅电池制造成本昂贵，制造工艺繁琐复杂，生产过程能耗较高，且器件坚硬不可弯折，不利于大批量的生产，也不利于灵活的应用于各种场景。而新型的有机太阳能电池，利用有机发光电材料作为功能层，可以利用溶液成膜的方法制成各种薄膜电池，而且电池基底不受限制，可以灵活的选用各类柔性材料，相比传统的无机硅电池，不仅生产成本大大降低，同时还能方便的实现大批量的生产，也可以应用于更多的特殊场景。
虽然传统的有机太阳能电池虽然拥有上述的优点，但是其光电转换效率低，稳定性差、寿命短等问题一直阻碍了其跨入产业化的步伐。而钙钛矿电池的出现，很好的克服了传统有机太阳能电池的先天不足，钙钛矿电池是一种有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，其光电转换效率能达到25％以上，已经能与现有的无机单晶硅型太阳能电池相媲美。
传统的有机太阳能电池是采用逐层成膜的方法制作的，具体步骤是先在刻蚀好的ITO玻璃上涂PEDOT-PSS作为缓冲层，然后将有机吸光功能层涂于缓冲层之上，最后再蒸镀一层铝电极。然而利用这种程序制作电池的效率较低，同时又受限于最后一部蒸镀电极的限制无法大批量的制作。
发明内容
本发明是为了解决采用逐层成膜的方法制备电池时，效率较低，且受由于蒸镀电极的限制无法大批量制作的问题，现提供一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法。
一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，该方法为：
制作A贴片：在带有第一电极2的第一基底1的电极侧依次制备PEDOT-PSS层3和P3HT层4，
制作B贴片：在带有第二电极7的第二基底8的电极侧依次制备阴极缓冲层6和PCBM层5，
将A贴片的P3HT层4和B贴片的PCBM层5相对贴合，并在A贴片和B贴片的周围涂覆UV固化胶，在100℃的条件下，将A贴片和B贴片压合10分钟，在室温下冷却稳定后，对压合后的A贴片和B贴片照射紫外线进行固化处理24小时，获得一种贴合自封装式有机太阳能电池。
本发明所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，将不同的功能层分别做在A、B两片贴片基材之上，最后再进行压合、退火处理，获得了贴合自封装式钙钛矿电池。这种处理方法会使两贴片的功能层相互渗透，形成一种介于异质结与双功能层之间的结构。不仅可以大幅提升制作效率，还能有效提高优良率。且由于器件基底不受限制，可以利用卷对卷方式进行大批量的生产，不仅方便大批量生产，也方便运输与安装。本发明采用的是分片制作最后压合的方法，该方法允许先高效大批量的先制作电极层，这样以来可以显著的提升器件制作效率和产品良率。
附图说明
图1是本发明的制备方法涉及的一种贴合自封装式有机太阳能电池结构示意图。
图2是本发明的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法示意图，其中(a)表示A贴片，(b)表示B贴片，(c)表示一种贴合自封装式有机太阳能电池。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
A贴片制备步骤：
首先，在带有第一电极2的第一基底1的电极侧以4000r/min的速度旋涂30秒PEDOT-PSS(聚3,4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸)水溶液，
然后，在120℃的条件下进行退火处理15分钟，形成PEDOT-PSS层3，
最后，利用溶液法在PEDOT-PSS层3上旋涂浓度为1mol/L的P3HT(3-己基噻吩的聚合物)的氯苯溶液，并在室温下的空气中干燥，形成P3HT层4，获得A贴片，P3HT层4为A贴片的功能层；
B贴片制备步骤：
首先，在带有第二电极7的第二基底8的电极侧以3500r/min的速度旋涂钛酸二异丙酯溶液，并在150℃的条件下进行退火处理十分钟，获得氧化钛致密层，钛酸二异丙酯的乙醇溶液浓度为0.3mol/L，
然后，在氧化钛致密层上以5000r/min的速度旋涂氧化钛溶液，并在马沸炉中以500℃的温度煅烧30分钟，形成阴极缓冲层6，
最后，在阴极缓冲层6上以4500r/min的速度旋涂浓度为0.75mol/L的PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯)水溶液，并在100℃的条件下进行退火处理10分钟，形成PCBM层5，获得B贴片，PCBM层5为B贴片的功能层；
贴合步骤：
将A贴片和B贴片的功能层相对贴合，并在A贴片和B贴片的周围涂覆UV固化胶(紫外固化胶)，
在100℃的条件下，将A贴片和B贴片压合10分钟，
在室温下冷却稳定后，对压合后的A贴片和B贴片照射紫外线进行固化处理24小时，获得一种贴合自封装式有机太阳能电池。
本实施方式中，第一基底1、第一电极2、PEDOT-PSS层3、P3HT层4、PCBM层5、阴极缓冲层6、第二电极7和第二基底8由下至上依次排列且两两之间相互接触。第一电极2和第二电极7突出于电池便于外部电气连接，第一电极2和第二电极7均为条形，二者相互垂直排布。
钛酸二异丙酯的乙醇溶液的制备方法为：将钛酸二异丙酯溶解在丁醇中。
氧化钛溶液的制备方法为：将氧化钛介孔浆料溶度溶解在乙醇中，其浓度为0.15mol/L。
本发明的贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，将不同的功能层分别做在两片基材之上，最后再进行压合、退火处理。A、B两片贴片均采用带有电极的基底进行制备，省去了蒸镀电极的步骤，从而解决现有制备方法无法大批量的制作的问题。并且，这种处理方法会使A贴片和B贴片表面的功能层相互紧密结合。不仅可以大幅提升制作效率，还能有效提高良率。本实施方式最后在贴合过程中采用自组装的方式贴合，器件四周涂上固化胶，自身已具备足够的阻隔水汽的性能，无需额外再进行封装。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法作进一步说明，本实施方式中，在所有步骤前，在制作A贴片和B贴片之前，对第一基底1和第二基底8进行清洗并烘干。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法作进一步说明，本实施方式中，第一基底1和第二基底8的材料均为导电玻璃或有机柔性材料，有机柔性材料为聚乙烯醇(PVA)、聚酯(PET)、聚亚酰胺(PI)或聚萘二甲酯乙二醇(PEN)，不同的材料以适应不用的应用环境。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法作进一步说明，本实施方式中，
第一电极2和第二电极7均为ITO(N型氧化物半导体-氧化铟锡)或FTO(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)，第一电极2和第二电极7的厚度均为200nm。
第一电极2和第二电极7均是在透明导电玻璃上预先镀好的结构。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法作进一步说明，本实施方式中，PEDOT-PSS层3的厚度为50nm～100nm。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法作进一步说明，本实施方式中，P3HT层4的厚度为200nm～500nm。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法作进一步说明，本实施方式中，PCBM层5的厚度为300nm～500nm。

Claims (9)

1.一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法为：
制作A贴片：在带有第一电极(2)的第一基底(1)的电极侧依次制备PEDOT-PSS层(3)和P3HT层(4)，
制作B贴片：在带有第二电极(7)的第二基底(8)的电极侧依次制备阴极缓冲层(6)和PCBM层(5)，
将A贴片的P3HT层(4)和B贴片的PCBM层(5)相对贴合，并在A贴片和B贴片的周围涂覆UV固化胶，
在100℃的条件下，将A贴片和B贴片压合10分钟，
在室温下冷却稳定后，对压合后的A贴片和B贴片照射紫外线进行固化处理24小时，获得一种贴合自封装式有机太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，
在第一基底(1)的电极侧旋涂PEDOT-PSS水溶液，然后，在120℃的条件下进行退火处理15分钟，形成PEDOT-PSS层(3)。
3.根据权利要求1或2所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，
利用溶液法在PEDOT-PSS层(3)上旋涂P3HT的氯苯溶液，并在室温下的空气中干燥，形成P3HT层(4)。
4.根据权利要求1所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，
在第二基底(8)的电极侧旋涂钛酸二异丙酯溶液，并在150℃的条件下进行退火处理十分钟，获得氧化钛致密层，
在氧化钛致密层上旋涂氧化钛溶液，并在马沸炉中以500℃的温度煅烧30分钟，形成阴极缓冲层(6)。
5.根据权利要求1或4所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，
在阴极缓冲层(6)上旋涂PCBM水溶液，并在100℃的条件下进行退火处理10分钟，形成PCBM层(5)。
6.根据权利要求1所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，
在制作A贴片和B贴片之前，对第一基底(1)和第二基底(8)进行清洗并烘干。
7.根据权利要求1所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，
第一基底(1)和第二基底(8)的材料均为导电玻璃或有机柔性材料。
8.根据权利要求7所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，
有机柔性材料为聚乙烯醇、聚酯、聚亚酰胺或聚萘二甲酯乙二醇。
9.根据权利要求1所述的一种贴合自封装式有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，
第一电极(2)和第二电极(7)均为ITO或FTO。
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