CN108242506B - 一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池及其制备方法，属于有机光电器件技术领域。是由ITO导电玻璃阴极、PFN阴极缓冲层、PTB7‑Th:PC71BM有源层、MoO3/Ag/Au纳米粒子/MoO3复合阳极缓冲层、Ag阳极、[WO3/LiF]2光子晶体组成。MoO3/Ag/Au纳米粒子/MoO3复合阳极缓冲层中，Ag和Au纳米粒子(NPs)选择性地通过局域表面等离子体共振(LSPR)触发近场增强效应，使有源层对太阳光的利用率提高，降低接触电阻，提高MoO3层的空穴传输能力，从而提高器件的能量转换效率；[WO3/LiF]2光子晶体作为光谱调节层，使透射光谱增强和分层，同时使透射光谱平坦，进而提高器件的显色指数。在MoO3层内掺入Ag/Au纳米粒子，可以有效地提高MoO3层的电导率。

Description

一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能 电池及其制备方法
技术领域
本发明属于有机光电器件技术领域，具体涉及一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池及其制备方法。
背景技术
聚合物太阳能电池(PSCs)具有优异的机械柔性和低温溶液处理的优点，受到研究人员的高度重视和广泛研究。半透明聚合物太阳能电池(ST-PSCs) 在诸如能量产生窗口或构建集成光伏领域具有吸引人的潜力，但半透明聚合物太阳能电池的显色指数(CRI)仍有待提高，并且其效率远远落后于不透明的聚合物太阳能电池(PSCs)。这是由于聚合物半导体具有载流子迁移率低，激子扩散长度短的特点，通过透明顶电极的器件，只获得部分可见光，因此改变有源层材料，选用透明电极和适当的器件结构，优化有源层和透明电极厚度，提高光吸收和透过率，从而促进近场增强效应，提高半透明聚合物太阳能电池的效率。
发明内容
本发明的目的是采用简单的工艺提供一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池及其制备方法。
该半透明聚合物太阳能电池从下至上，由ITO导电玻璃阴极、PFN阴极缓冲层、PTB7-Th:PC71BM有源层、MoO3/Ag/Au纳米粒子/MoO3复合阳极缓冲层、 Ag阳极、[WO3/LiF]2光子晶体组成；MoO3/Ag/Au纳米粒子/MoO3复合阳极缓冲层中，Ag和Au纳米粒子(NPs)选择性地通过局域表面等离子体共振(LSPR) 触发近场增强效应，使有源层对太阳光的利用率提高，降低接触电阻，提高MoO3层的空穴传输能力，从而提高器件的能量转换效率；[WO3/LiF]2光子晶体作为光谱调节层，使透射光谱增强和分层，同时使透射光谱平坦，进而提高器件的显色指数；MoO3为半导体材料，在器件中起到阻挡电子传输空穴的作用，它的电导率直接影响空穴的收集效率。在MoO3层内掺入Ag/Au纳米粒子，可以有效地提高MoO3层的电导率。
阴极缓冲层材料为PFN(poly[(9,9-bis(3′-(N,N-dimethylamino) propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9–dioctylfluorene)]，聚[(9,9-二(3'-(N,N-二甲氨基)丙基)-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴)])，给体材料PTB7-Th (poly[4,8-bis(5(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)ben zo[1,2-b:4,5-b’]dithiopheneco-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]，聚[4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-B：4,5-B']噻吩-3-氟[3,4-b]噻吩-2-甲酸])，受体材料PC71BM(phenyl-C71-butyricacidmethylester，苯基-C71- 丁酸甲酯)按照1：1～3的质量比进行混合。
本发明所述的一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
1.将ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗15～30min，然后通入氮气干燥20～40min，作为阴极1；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为0.5～1mg/mL的溶液，并每 mL PFN溶液中添加5～20μL乙酸，搅拌均匀后，旋涂在阴极1上，旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为30～50s，得到的PFN阴极缓冲层2的厚度为2～4nm；
3.有源层是聚合物太阳能电池的吸光层，平整的有源层是获得高效率电池的基础，我们使用聚合物材料制备体异质结太阳能电池的有源层。将质量比为1：1～3的给体材料PTB7-Th与受体材料PC71BM混合后溶解在氯苯(CB)与1,8-二碘辛烷的混合溶剂中；混合溶剂中，氯苯(CB) 的体积百分含量为95～97％，其余为1,8-二碘辛烷；给体材料和受体材料的总浓度为15～30mg/mL；然后将混合溶液旋涂在阴极缓冲层2上，旋涂速度为1500～3000rpm，旋涂时间为50～80s，得到聚合物活性层3 的厚度为80～150nm；
4.通过真空蒸发的方法在有源层3上制备阳极缓冲层4：在多源有机气相分子沉积系统中，在3×10-4～8×10-5Pa条件下，在有源层3上蒸镀厚度为3～5nm的MoO3，在MoO3上再蒸镀Ag和Au纳米粒子，厚度分别为1.5～3nm和1～3nm，在Ag和Au纳米粒子上再蒸镀厚度为3～5nm 的MoO3，从而形成MoO3/Ag/Au纳米粒子/MoO3复合的阳极缓冲层4；
5.通过真空蒸发的方法在阳极缓冲层4上制备阳极：在多源有机气相分子沉积系统中，在3×10-4～8×10-5Pa条件下，在阳极缓冲层4上蒸镀厚度为10～20nm的Ag，得到阳极5；
6.在阳极5上再蒸镀[WO3/LiF]2。将具有高折射率的三氧化钨WO3和低折射率的氟化锂LiF交替蒸发{依据公式
Figure BDA0001541241260000021
其中λ0为中心波长，n为相应材料的折射率，d为相应材料的厚度，得到 [WO3(52.3nm)/LiF(82.5nm)]2(λ0＝435nm，即器件F)，[WO3(61.3 nm)/LiF(96.7nm)]2(λ0＝510nm，即器件G)，[WO3(69.1nm)/ LiF(109.0nm)]2(λ0＝575nm，即器件H)}，得到光子晶体6，从而制备得到本发明所述的一种带有银/金合金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池。
本发明所制备的阳极缓冲层4中，Ag纳米颗粒组成的较大的球状物和较小的Au纳米颗粒随机和离散分布在MoO3薄膜表面，两种粒子之间相互无覆盖， Ag纳米颗粒具有较高的电场强度，Au纳米颗粒表现出化学稳定的特性， MoO3/Ag/Au纳米粒子/MoO3阳极缓冲层起到了收集空穴阻挡电子的作用，改善有机和电极的界面接触性能，降低器件的串联电阻，Ag/Au纳米粒子通过局域表面等离子体共振触发近场增强效应；光子晶体6上的[WO3/LiF]2，两对光子晶体同时使透射光谱增强和分层，有效改善显色指数。与不加入Ag/Au纳米粒子和[WO3/LiF]2光子晶体的器件相比，器件的短路电流密度、填充因子、能量转换效率都有所提高，详见表1。
表1：具有不同厚度的Ag/Au纳米粒子及不同中心波长的光子晶体PCs器件的光伏参数比较：
Figure BDA0001541241260000031
具有不同厚度的Ag/Au纳米粒子的器件：器件A(0nm/0nm)，B (1.5nm/0nm)，C(1.5nm/1nm)，D(1.5nm/2nm)，E(1.5nm/3nm)；在器件C上具有不同中心波长[WO3/LiF]2光子晶体的器件：F(λ0＝435nm)，G (λ0＝510nm)，H(λ0＝575nm)
从表1可以看出，当仅以MoO3为阳极缓冲层时，器件的短路电流密度(Jsc) 为10.38mA/cm2，开路电压(Voc)为0.78V，填充因子(FF)为67.9％，功率转化效率(PCE)为5.69％；当MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/0nm)/MoO3为阳极缓冲层时，短路电流密度为12.04mA/cm2，开路电压为0.79V，填充因子为 68.5％，功率转化效率为6.66％；当MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/1nm)/MoO3为阳极缓冲层时，短路电流密度为13.11mA/cm2，开路电压为0.79V，填充因子为69％，功率转化效率为7.32％；当MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/2nm)/MoO3为阳极缓冲层时，短路电流密度为12.49mA/cm2，开路电压为0.79V，填充因子为68.7％，功率转化效率为6.93％；当MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/3nm)/MoO3为阳极缓冲层时，短路电流密度为10.56mA/cm2，开路电压为0.78V，填充因子为68.4％，功率转化效率为5.75％。由器件A-E可以推断出器件C的Ag/Au纳米粒子层(1.5/1nm)厚度为最优厚度。因此在器件C的基础上引入不同中心波长的[WO3/LiF]2光子晶体，当[WO3/LiF]2光子晶体的λ0＝435nm时(器件F)，短路电流密度为12.92mA/cm2，开路电压为0.79V，填充因子为69.0％，功率转化效率为7.23％；当[WO3/LiF]2光子晶体的λ0＝510nm时(器件G)，短路电流密度为13.06mA/cm2，开路电压为0.79V，填充因子为69.1％，功率转化效率为 7.28％；当[WO3/LiF]2光子晶体的λ0＝575nm时(器件H)，短路电流密度为 12.97mA/cm2，开路电压为0.79V，填充因子为69.0％，功率转化效率为7.23％。
附图说明
图1：本发明所述一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池的结构示意图；各部分名称为：ITO导电玻璃1、PFN阴极缓冲层2、 PTB7-Th:PC71BM有源层3、MoO3/Ag/Au纳米粒子/MoO3复合阳极缓冲层4、 Ag阳极5、[WO3/LiF]2光子晶体6；复合阳极缓冲层4包括下MoO3阳极缓冲层 41、Ag/Au金属薄层42和上MoO3阳极缓冲层43。
图2：实施例3制备的MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/1nm)的SEM图像，放大倍数为140000倍。如图所示，Ag纳米颗粒组成的较大的球状物和较小的Au 纳米颗粒在MoO3薄膜上的分布是随机和离散的，从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子有效地提高了太阳能电池的性能。
图3：实施例1-5制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层(0-1.5/0-3nm)/MoO3复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池在100mw cm-2的AM1.5G标准太阳光照下测得了J-V特性曲线。如图所示，结合表1可知，器件A作为控制ST-PSC的短路电流密度(Jsc)为10.38mA·cm-2，开路电压(Voc)为0.78V，填充因子(FF) 为0.50，相对低的PCE为5.50±0.19％。具有1.5nm Ag纳米颗粒的器件B显示改进的PCE为6.52±0.14％，更高的Jsc为12.04m Acm-2。当同时插入1.5nmAg和1nm Au纳米颗粒时，器件C具有7.15±0.17％的最佳PCE和13.11m Acm-2的Jsc。所有器件都显示出约0.79V的相似Voc以及填充因子约68.5％，可知纳米粒子的种类和粒径对器件效应有一定的影响，从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子有效地提高了太阳能电池的性能。
图4：实施例1制备的MoO3阳极缓冲层的聚合物太阳能电池与实施例2-5 制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层(1.5/0-3nm)/MoO3复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池对比的IPCE特性曲线。如图所示，当引入1.5nm Ag纳米颗粒时，IPCE 光谱从325nm到750nm明显改善，器件C显示出最高的IPCE值超过60％，并且在所有可见区域增强；IPCE光谱的变化趋势与图3吻合良好，提供了合适的Ag/Au合金纳米结构，对增强LSPR近场效应和背散射引起的太阳能电池有源层吸收的重要作用，从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子有效地提高了太阳能电池的性能。
图5：实施例1-3制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层(0-1.5/0-1nm)/MoO3复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池的透射光谱，平均可见光透射率(AVT)从380 到780nm进行计算。如图所示，器件B的透射光谱从380-780nm明显减小，与对照器件A相比，AVT从21.90％降低至16.80％；同样，器件C在所有可见光区域的透过率最低，AVT仅为13.56％，从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子有效地提高了太阳能电池的性能。
图6：实施例1-3制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层(0-1.5/0-1nm)/MoO3复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池的复阻抗谱。如图所示，器件A拥有半圆的最大直径，器件B的直径有效地减小，器件C的直径最小，可知器件C不仅通过局域表面等离子体共振实现了较高的吸收，而且可以有效地降低接触电阻，提高 MoO3层的空穴传输能力，增强的光电流。从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子有效地提高了太阳能电池的性能。
图7：实施例3制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层(1.5/1nm)/MoO3复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池与实施例6-8制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层 (1.5/1nm)/MoO3复合阳极缓冲层和光子晶体(中心波长435-575nm)的聚合物太阳能电池对比的透射光谱，平均可见光透射率(AVT)从380到780nm进行计算。与实施例3的器件C相比，器件F-H的透射率均提高到500nm以上，器件H的380-420nm和470-780nm的范围内都被增强和变平，这有助于改善显色指数。从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子有效地提高了太阳能电池的性能。
图8：实施例3制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层(1.5/1nm)/MoO3复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池与实施例6-8制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层 (1.5/1nm)/MoO3复合阳极缓冲层和光子晶体(中心波长435-575nm)的聚合物太阳能电池对比的IPCE特性曲线。与器件C相比，器件G和H在从390-490nm 的范围下降到500nm以上的情况下改善了IPCE，并且积分电流密度(ICD)分别下降到13.01和12.90mAcm-2。器件F，IPCE曲线明显下降到450nm以上，最终得到12.87mAcm-2的ICD。从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子有效地提高了太阳能电池的性能。
图9：实施例3制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层(1.5/1nm)/MoO3复合阳极缓冲层的聚合物太阳能电池与实施例6-8制备的带有MoO3/Ag/Au粒子层 (1.5/1nm)/MoO3复合阳极缓冲层和光子晶体(中心波长435-575nm)的聚合物太阳能电池对比的J-V特性曲线。从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子有效地提高了太阳能电池的性能。
图10：AM1.5G照明光源下CIE1931颜色空间上实施例1、3、6-8制备的聚合物太阳能电池的色坐标。
图11：AM1.5G照明光源下CIE1931颜色空间上实施例1、3、6-8制备的聚合物太阳能电池的色坐标的细节图。如图所示，AM1.5G照明光源的色彩感知在穿透设备C后发生了很大变化，从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子和[WO3/LiF]2光子晶体有效地提高了太阳能电池的性能。
图12：AM1.5G照明光源下CIE1960颜色空间上实施例1、3、6-8制备的聚合物太阳能电池的色坐标的细节图。如图所示，当AM1.5G的光源通过设备时，从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子和[WO3/LiF]2光子晶体有效地提高了太阳能电池的性能。
图13：实施例1、3、6-8制备的聚合物太阳能电池的相关色温对比图。如图所示，器件H的5340K的CCT接近5575K的照明光源，透射光保持了辐射源的自然光特性，从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银 /金纳米粒子和[WO3/LiF]2光子晶体有效地提高了太阳能电池的性能。
图14：在AM1.5G光源照射下实施例1、3、6-8制备的聚合物太阳能电池的显色指数(CRI)和色度差(DC)对比图。如图所示，器件H具有优异的CRI 和DC，从图中我们可以清晰的比较，本发明制备的太阳能电池加入银/金纳米粒子和[WO3/LiF]2光子晶体有效地提高了太阳能电池的性能。
具体实施方式：
实施例1：
1.ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声20min，然后通入氮气干燥30min；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为1mg/mL的溶液，并1mL PFN 溶液中添加10μL乙酸，搅拌均匀后旋涂在ITO导电玻璃上，旋涂速度为 3000rpm，旋涂时间为40s，得到的PFN阴极缓冲层的厚度为3nm；
3.将质量比为1：1.5的PTB7-Th与PC71BM进行混合，溶解在氯苯(CB) 与1,8-二碘辛烷混合溶剂中，其中氯苯(CB)和1,8-二碘辛烷的体积比为 97％：3％，磁力搅拌24h，PTB7-Th与PC71BM的总浓度为20mg/mL，然后在手套箱内，将混合溶液以2000rpm的速度旋涂在阴极缓冲层PFN 上，旋涂时间为60s，得到聚合物活性层的厚度为100nm；
4.将样品取出，转移至热蒸发系统，在5×10-5pa气压下，通过热蒸发的方法在有源层上生长一层MoO3材料，蒸发速率为0.2nm/s；得到厚度为 10nm的MoO3阳极缓冲层；
5.在阳极缓冲层上再生长一层Ag材料作为顶电极，厚度为15nm，蒸发速率为0.3nm/s，得到Ag阳极，从而制备得到作为对比器件的半透明聚合物太阳能电池。
实施例2：
1.ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声20min，然后通入氮气干燥30min；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为1mg/mL的溶液，并1mL PFN 溶液中添加10μL乙酸，搅拌均匀后旋涂在ITO导电玻璃上，旋涂速度为 3000rpm，旋涂时间为40s，得到的PFN阴极缓冲层的厚度为3nm；
3.将质量比为1：1.5的PTB7-Th与PC71BM进行混合，溶解在氯苯(CB) 与1,8-二碘辛烷混合溶剂中，其中氯苯(CB)和1,8-二碘辛烷的体积比为 97％：3％，磁力搅拌24h，PTB7-Th与PC71BM的总浓度为20mg/mL，然后在手套箱内，将混合溶液以2000rpm的速度旋涂在阴极缓冲层PFN 上，旋涂时间为60s，得到聚合物活性层的厚度为100nm；
4.将样品取出，转移至热蒸发系统，在5×10-5pa气压下，通过热蒸发的方法在有源层上生长一层MoO3材料，厚度为5nm，蒸发速率为0.2nm/s；在MoO3上再生长一层Ag材料，厚度为1.5nm，蒸发速率为0.02nm/s；在Ag层上生长一层MoO3材料，厚度为5nm，蒸发速率为0.2nm/s；得到MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/0nm)/MoO3阳极缓冲层；
5.在阳极缓冲层上再生长一层Ag材料作为顶电极，厚度为15nm，蒸发速率为0.3nm/s，得到Ag阳极，从而制备得到作为对比器件的半透明聚合物太阳能电池。
实施例3：
1.ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声20min，然后通入氮气干燥30min；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为1mg/mL的溶液，并1mL PFN 溶液中添加10μL乙酸，搅拌均匀后旋涂在ITO导电玻璃上，旋涂速度为 3000rpm，旋涂时间为40s，得到的PFN阴极缓冲层的厚度为3nm；
3.将质量比为1：1.5的PTB7-Th与PC71BM进行混合，溶解在氯苯(CB) 与1,8-二碘辛烷混合溶剂中，其中氯苯(CB)和1,8-二碘辛烷的体积比为 97％：3％，磁力搅拌24h，PTB7-Th与PC71BM的总浓度为20mg/mL，然后在手套箱内，将混合溶液以2000rpm的速度旋涂在阴极缓冲层PFN 上，旋涂时间为60s，得到聚合物活性层的厚度为100nm；
4.将样品取出，转移至热蒸发系统，在5×10-5pa气压下，通过热蒸发的方法在有源层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；在MoO3上再生长一层Ag材料，厚度为1.5nm，蒸发速率为0.02nm/s；在Ag层上生长一层Au材料，厚度为1nm，蒸发速率为0.02nm/s；在 Au层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；得到 MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/1nm)/MoO3阳极缓冲层；
5.在阳极缓冲层上再生长一层Ag材料作为顶电极，厚度为15nm，蒸发速率为0.3nm/s，得到Ag阳极，从而制备得到本发明所述的一种带有银/金合金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池。
实施例4：
1.ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声20min，然后通入氮气干燥30min；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为1mg/mL的溶液，并1mL PFN 溶液中添加10μL乙酸，搅拌均匀后旋涂在ITO导电玻璃上，旋涂速度为 3000rpm，旋涂时间为40s，得到的PFN阴极缓冲层的厚度为3nm；
3.将质量比为1：1.5的PTB7-Th与PC71BM进行混合，溶解在氯苯(CB) 与1,8-二碘辛烷混合溶剂中，其中氯苯(CB)和1,8-二碘辛烷的体积比为 97％：3％，磁力搅拌24h，PTB7-Th与PC71BM的总浓度为20mg/mL，然后在手套箱内，将混合溶液以2000rpm的速度旋涂在阴极缓冲层PFN 上，旋涂时间为60s，得到聚合物活性层的厚度为100nm；
4.将样品取出，转移至热蒸发系统，在5×10-5pa气压下，通过热蒸发的方法在有源层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；在MoO3上再生长一层Ag材料，厚度为1.5nm，蒸发速率为0.02nm/s；在Ag层上生长一层Au材料，厚度为2nm，蒸发速率为0.02nm/s；在 Au层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；得到 MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/2nm)/MoO3阳极缓冲层；
5.在阳极缓冲层上再生长一层Ag材料作为顶电极，厚度为15nm，蒸发速率为0.3nm/s，得到Ag阳极，从而制备得到本发明所述的一种带有银/金合金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池。
实施例5：
1.ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声20min，然后通入氮气干燥30min；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为1mg/mL的溶液，并1mL PFN 溶液中添加10μL乙酸，搅拌均匀后旋涂在ITO导电玻璃上，旋涂速度为 3000rpm，旋涂时间为40s，得到的PFN阴极缓冲层的厚度为3nm；
3.将质量比为1：1.5的PTB7-Th与PC71BM进行混合，溶解在氯苯(CB) 与1,8-二碘辛烷混合溶剂中，其中氯苯(CB)和1,8-二碘辛烷的体积比为 97％：3％，磁力搅拌24h，PTB7-Th与PC71BM的总浓度为20mg/mL，然后在手套箱内，将混合溶液以2000rpm的速度旋涂在阴极缓冲层PFN 上，旋涂时间为60s，得到聚合物活性层的厚度为100nm；
4.将样品取出，转移至热蒸发系统，在5×10-5pa气压下，通过热蒸发的方法在有源层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；在MoO3上再生长一层Ag材料，厚度为1.5nm，蒸发速率为0.02nm/s；在Ag层上生长一层Au材料，厚度为3nm，蒸发速率为0.02nm/s；在 Au层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；得到MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/3nm)/MoO3阳极缓冲层；
5.在阳极缓冲层上再生长一层Ag材料作为顶电极，厚度为15nm，蒸发速率为0.3nm/s，得到Ag阳极，从而制备得到本发明所述的一种带有银/金合金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池。
实施例6：
1.ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声20min，然后通入氮气干燥30min；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为1mg/mL的溶液，并1mL PFN 溶液中添加10μL乙酸，搅拌均匀后旋涂在ITO导电玻璃上，旋涂速度为 3000rpm，旋涂时间为40s，得到的PFN阴极缓冲层的厚度为3nm；
3.将质量比为1：1.5的PTB7-Th与PC71BM进行混合，溶解在氯苯(CB) 与1,8-二碘辛烷混合溶剂中，其中氯苯(CB)和1,8-二碘辛烷的体积比为 97％：3％，磁力搅拌24h，PTB7-Th与PC71BM的总浓度为20mg/mL，然后在手套箱内，将混合溶液以2000rpm的速度旋涂在阴极缓冲层PFN 上，旋涂时间为60s，得到聚合物活性层的厚度为100nm；
4.将样品取出，转移至热蒸发系统，在5×10-5pa气压下，通过热蒸发的方法在有源层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；在MoO3上再生长一层Ag材料，厚度为1.5nm，蒸发速率为0.02nm/s；在Ag层上生长一层Au材料，厚度为1nm，蒸发速率为0.02nm/s；在 Au层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；得到 MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/1nm)/MoO3阳极缓冲层；
5.在阳极缓冲层上再生长一层Ag材料作为顶电极，厚度为15nm，蒸发速率为0.3nm/s，得到Ag阳极；
6.在Ag阳极上再蒸镀[WO3/LiF]2。将具有高折射率的三氧化钨WO3和低折射率的氟化锂LiF交替蒸发，厚度为52.3nm/82.5nm，中心波长为435nm，蒸发速率0.03nm/s，从而制备完成本发明所述的一种带有银/金合金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池。
实施例7：
1.ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声20min，然后通入氮气干燥30min；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为1mg/mL的溶液，并1mL PFN 溶液中添加10μL乙酸，搅拌均匀后旋涂在ITO导电玻璃上，旋涂速度为 3000rpm，旋涂时间为40s，得到的PFN阴极缓冲层的厚度为3nm；
3.将质量比为1：1.5的PTB7-Th与PC71BM进行混合，溶解在氯苯(CB) 与1,8-二碘辛烷混合溶剂中，其中氯苯(CB)和1,8-二碘辛烷的体积比为 97％：3％，磁力搅拌24h，PTB7-Th与PC71BM的总浓度为20mg/mL，然后在手套箱内，将混合溶液以2000rpm的速度旋涂在阴极缓冲层PFN 上，旋涂时间为60s，得到聚合物活性层的厚度为100nm；
4.将样品取出，转移至热蒸发系统，在5×10-5pa气压下，通过热蒸发的方法在有源层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；在MoO3上再生长一层Ag材料，厚度为1.5nm，蒸发速率为0.02nm/s；在Ag层上生长一层Au材料，厚度为1nm，蒸发速率为0.02nm/s；在 Au层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；得到 MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/1nm)/MoO3阳极缓冲层；
5.在阳极缓冲层上再生长一层Ag材料作为顶电极，厚度为15nm，蒸发速率为0.3nm/s，得到Ag阳极；
6.在Ag阳极上再蒸镀[WO3/LiF]2。将具有高折射率的三氧化钨WO3和低折射率的氟化锂LiF交替蒸发，厚度为61.3nm/96.7nm，中心波长为510nm，蒸发速率0.03nm/s，从而制备完成本发明所述的一种带有银/金合金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池。
实施例8：
1.ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声20min，然后通入氮气干燥30min；
2.将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为1mg/mL的溶液，并1mL PFN 溶液中添加10μL乙酸，搅拌均匀后旋涂在ITO导电玻璃上，旋涂速度为 3000rpm，旋涂时间为40s，得到的PFN阴极缓冲层的厚度为3nm；
3.将质量比为1：1.5的PTB7-Th与PC71BM进行混合，溶解在氯苯(CB) 与1,8-二碘辛烷混合溶剂中，其中氯苯(CB)和1,8-二碘辛烷的体积比为 97％：3％，磁力搅拌24h，PTB7-Th与PC71BM的总浓度为20mg/mL，然后在手套箱内，将混合溶液以2000rpm的速度旋涂在阴极缓冲层PFN 上，旋涂时间为60s，得到聚合物活性层的厚度为100nm；
4.将样品取出，转移至热蒸发系统，在5×10-5pa气压下，通过热蒸发的方法在有源层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；在MoO3上再生长一层Ag材料，厚度为1.5nm，蒸发速率为0.02nm/s；在Ag层上生长一层Au材料，厚度为1nm，蒸发速率为0.02nm/s；在 Au层上生长一层MoO3材料，厚度为～5nm，蒸发速率为0.2nm/s；得到 MoO3/Ag/Au纳米粒子层(1.5/1nm)/MoO3阳极缓冲层；
5.在阳极缓冲层上再生长一层Ag材料作为顶电极，厚度为15nm，蒸发速率为0.3nm/s，得到Ag阳极；
6.在Ag阳极上再蒸镀[WO3/LiF]2。将具有高折射率的三氧化钨WO3和低折射率的氟化锂LiF交替蒸发，厚度为69.1nm/109.0nm，中心波长为 575nm，蒸发速率0.03nm/s，从而制备完成本发明所述的一种带有银/金合金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池。

Claims (2)

1.一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
1)将ITO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗15～30min，然后通入氮气干燥20～40min，作为阴极(1)；
2)将PFN溶解在甲醇溶液中，配成浓度为0.5～1mg/mL的溶液，并每mL PFN溶液中添加5～20μL乙酸，搅拌均匀后，旋涂在阴极(1)上，旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为30～50s，得到的PFN阴极缓冲层(2)的厚度为2～4nm；
3)将质量比为1：1～3的给体材料PTB7-Th与受体材料PC71BM混合后溶解在氯苯与1,8-二碘辛烷的混合溶剂中，给体材料和受体材料的总浓度为15～30mg/mL；然后将混合溶液旋涂在阴极缓冲层(2)上，旋涂速度为1500～3000rpm，旋涂时间为50～80s，得到聚合物活性层(3)的厚度为80～150nm；混合溶剂中，氯苯的体积百分含量为95～97％，其余为1,8-二碘辛烷；
4)在3×10-4～8×10-5Pa条件下，在有源层(3)上蒸镀厚度为3～5nm的MoO3，在MoO3上再蒸镀Ag和Au纳米粒子，厚度分别为1.5～3nm和1～3nm，在Ag和Au纳米粒子上再蒸镀厚度为3～5nm的MoO3，从而形成MoO3/Ag/Au纳米粒子/MoO3复合的阳极缓冲层(4)；
5)在3×10-4～8×10-5Pa条件下，在阳极缓冲层(4)上蒸镀厚度为10～20nm的Ag，得到阳极(5)；
6)在阳极(5)上，将WO3和LiF交替蒸发，得到光子晶体(6)，从而制备得到带有银/金合金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池；依据公式
Figure FDA0002042710770000011
制备不同中心波长的光子晶体(6)，其中λ0为光子晶体中心波长，n为相应材料的折射率，d为相应材料的厚度。
2.一种带有银/金纳米粒子和光子晶体的半透明聚合物太阳能电池，其特征在于：是由权利要求1所述方法制备得到。
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