CN108511624B - 溴化钠修饰反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池以透明导电玻璃ITO为阴极，以溴化钠修饰后ZnO为阴极缓冲层，以聚合物为光活性层，以MoO3为阳极缓冲层，以Ag为金属阳极。本发明还公开了溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法。本发明公开的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，有效提高了太阳能电池的光电流密度，提高太阳能电池的能量转换效率和太阳能电池的性能。制备方法技术含量高，易操作，安全环保，重复性好，成本低廉，有利于实现工业化扩大应用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法。
背景技术
自工业革命以来，人类社会得利于技术改革，快速发展，取得了极大的进步，但是，能源短缺和环境污染严重的问题日益成为遏制人类发展的关键性问题。面对能源问题和环境污染的双重挑战，杜绝浪费是改善方法之一，但是要从根本上解决问题，开发和利用清洁无污染的新能源无疑是理想对策，也是当前世界的研究热点。
太阳能是一种理想的新能源，清洁、无污染，并且储量巨大，取之不尽，用之不竭，应用前景广阔。将太阳能转换为电能是重要应用之一，可以有效的解决环境污染和能源危机的问题。而聚合物太阳能电池作为将太阳能转换为电能的器件以其较低的成本，简单的制作工艺，易工业化生产等突出优点备受海内外专家学者的重视和关注。但是目前，聚合物太阳能电池能量转换效率不佳的问题一直困扰着科学家们，聚合物材料中激子的产生效率、空穴和电子分离的几率以及载流子向电极传输的能力都是影响聚合物太阳能电池效率的关键方面。因此，如何选择合适的聚合物材料，以及太阳能电池的制备工艺都有待进一步优化和改善提高，以解决现有技术中聚合物太阳能电池能量转换效率不佳的缺陷。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有聚合物太阳能电池能量转换效率和性能不佳。
为实现上述目的，本发明提供了一种溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池以透明导电玻璃ITO为阴极，以溴化钠修饰后ZnO为阴极缓冲层，以聚合物为光活性层，以MoO3为阳极缓冲层，以Ag为金属阳极；其中，所述阴极缓冲层为溴化钠溶液与ZnO颗粒溶液混合后旋涂在透明导电玻璃ITO阴极表面；
进一步地，所述溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，所述溴化钠修饰后ZnO的阴极缓冲层、光活性层、MoO3阳极缓冲层、Ag金属阳极的厚度(nm)比为4～14:10～35:1:15～40；
进一步地，所述溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，所述溴化钠修饰后ZnO的阴极缓冲层的厚度为20～40nm；所述光活性层的厚度为50～100nm；所述MoO3阳极缓冲层的厚度为3～5nm；所述Ag金属阳极的厚度为90～120nm。
本发明还提供了一种溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法，包括将溴化钠溶液与ZnO颗粒溶液混合后旋涂在透明导电玻璃ITO表面，得到溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池；其中，所述溴化钠溶液摩尔浓度为1.7×10-3～1.7×10-6M。
进一步地，所述溴化钠溶液与ZnO颗粒溶液混合的体积(毫升)比为1:2～1:6；
进一步地，所述溴化钠溶液为溴化钠醇溶液；
进一步地，所述ZnO颗粒溶液为固体ZnO颗粒与混合溶剂形成的固液混合溶液；
进一步地，所述ZnO颗粒与混合溶剂的重量体积(克/毫升)比为1:25～1:300；
进一步地，所述混合溶剂为醇溶剂与卤代甲烷溶剂的混合溶剂；
进一步地，所述醇包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中一种或多种；
进一步地，所述卤代甲烷包括二氯甲烷、二溴甲烷、三氯甲烷、三溴甲烷中一种或多种；
进一步地，所述混合溶剂为甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂；
进一步地，所述甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂中，甲醇、正丁醇、三氯甲烷的体积(毫升)比为1～4:10～80:1～4；
进一步地，所述溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、清洗透明导电玻璃ITO作为阴极，避尘保存备用；
步骤2、制备ZnO颗粒溶液，避光保存备用；
步骤3、配置摩尔浓度为1.7×10-3～1.7×10-6M的溴化钠醇溶液；
步骤4、将步骤2的ZnO颗粒溶液和步骤3的溴化钠醇溶液按体积(毫升)比为1:2～1:6混合后，旋涂在步骤1的透明导电玻璃ITO阴极表面，退火处理得到溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层；
步骤5、将给体材料和受体材料以重量比为1:1～1:2进行混合，加入有机溶剂，升温搅拌得到浓度为5～20mg/mL的溶液，然后旋涂在步骤4得到的阴极缓冲层上，得到光活性层；
步骤6、向步骤5得到的光活性层上进行蒸镀MoO3，得到MoO3阳极缓冲层；
步骤7、向步骤6得到得MoO3阳极缓冲层上蒸镀Ag，得到以Ag为金属阳极的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
进一步地，所述步骤2中，制备ZnO颗粒溶液的具体步骤包括：
步骤2-1、将醋酸锌加入到醇溶剂中，加热搅拌，得到醋酸锌醇溶液；
步骤2-2、将氢氧化钾加入到醇溶剂中，室温搅拌溶解得到氢氧化钾醇溶液；
步骤2-3、将步骤2-2得到的氢氧化钾醇溶液加入到步骤2-1得到的醋酸锌醇溶液中，加热搅拌反应得到ZnO醇混合溶液，静置过滤，固体用醇溶剂洗涤后，加入到醇溶剂和卤代甲烷的混合溶剂中得到ZnO颗粒溶液；
进一步地，所述步骤2-1、2-2、2-3中，所述醇溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中一种或多种；
进一步地，所述步骤2-1、2-3中，所述加热的加热温度为50～70℃；
进一步地，所述步骤2-1中，所述醋酸锌与醇溶液的重量体积比(克/毫升)为1:15～1:160；优选1:15～1:100；最优选1:15～1:80；
进一步地，所述步骤2-2中，所述氢氧化钾与醇溶液的重量体积比(克/毫升)为1:20～1:110；优选1:40～1:60；
进一步地，所述步骤2-3中，所述氢氧化钾醇溶液加入到醋酸锌醇溶液时的速度为0.01～0.1mL/S；
进一步地，所述步骤2-3中，所述搅拌时间为2～3小时；
进一步地，所述步骤2-3中，所述卤代甲烷包括二氯甲烷、二溴甲烷、三氯甲烷、三溴甲烷中一种或多种；
进一步地，所述步骤2-3中，所述混合溶剂为甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂；其中所述甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂中，甲醇、正丁醇、三氯甲烷的体积(毫升)比为1～4:10～80:1～4；
进一步地，所述步骤3中，所述醇溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中一种或多种；
进一步地，所述步骤4中，所述旋涂的转速为1500～3000rpm；
进一步地，所述步骤4中，所述退火温度为150～200℃；
进一步地，所述步骤4中，所述退火处理时间为20～30min；
进一步地，所述步骤4中，所述溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层的旋涂厚度为20～40nm；
进一步地，所述步骤5中，所述给体材料为PTB7-Th，受体材料为PC71BM；
其中，所述PTB7-Th为poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b；4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)]；所述PC71BM为pheny-C71-butyric acid methyleater富勒烯衍生物；
进一步地，所述步骤5中，所述有机溶剂为二氯苯，氯苯或甲苯；
进一步地，所述步骤5中，所述升温温度为50～80℃；
进一步地，所述步骤5中，所述搅拌时间为12～24小时；
进一步地，所述步骤5中，所述旋涂的转速为1000～1600rpm；
进一步地，所述步骤5中，所述光活性层的旋涂厚度为50～100nm；
进一步地，所述步骤6中，所述蒸镀的速度为0.02～0.04nm/s；
进一步地，所述步骤6中，所述MoO3阳极缓冲层的蒸镀厚度为3～5nm；
进一步地，所述步骤7中，所述蒸镀的速度为0.5～1nm/s；
进一步地，所述步骤7中，所述Ag金属阳极的蒸镀厚度为90～120nm。
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-1、2-2中，所述醇溶剂为甲醇；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-1、2-3中，所述加热的加热温度为66℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-1、2-3中，所述加热的加热温度为67℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-1、2-3中，所述加热的加热温度为50℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-1、2-3中，所述加热的加热温度为70℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-1中，所述醋酸锌与醇溶液的重量体积比(克/毫升)为1:45；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-1中，所述醋酸锌与醇溶液的重量体积比(克/毫升)为1:52；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-1中，所述醋酸锌与醇溶液的重量体积比(克/毫升)为1:15；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-1中，所述醋酸锌与醇溶液的重量体积比(克/毫升)为1:80；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-2中，所述氢氧化钾与醇溶液的重量体积比(克/毫升)1:40；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-2中，所述氢氧化钾与醇溶液的重量体积比(克/毫升)1:46；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-2中，所述氢氧化钾与醇溶液的重量体积比(克/毫升)1:50；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-2中，所述氢氧化钾与醇溶液的重量体积比(克/毫升)1:60；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述氢氧化钾醇溶液加入到醋酸锌醇溶液时的速度为0.02mL/s；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述氢氧化钾醇溶液加入到醋酸锌醇溶液时的速度为0.04mL/s；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述氢氧化钾醇溶液加入到醋酸锌醇溶液时的速度为0.01mL/s；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述氢氧化钾醇溶液加入到醋酸锌醇溶液时的速度为0.1mL/s；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述搅拌时间为2小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述搅拌时间为2.5小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述搅拌时间为3小时；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述卤代甲烷为三氯甲烷；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述醇溶剂为甲醇和正丁醇；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述混合溶剂为甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂；其中所述甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂中，甲醇、正丁醇、三氯甲烷的体积(毫升)比为1:14:1；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述混合溶剂为甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂；其中所述甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂中，甲醇、正丁醇、三氯甲烷的体积(毫升)比为1:10:1；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2-3中，所述混合溶剂为甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂；其中所述甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂中，甲醇、正丁醇、三氯甲烷的体积(毫升)比为1:20:1；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤3中，所述醇溶剂为甲醇；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，所述醇溶剂为乙醇；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤4中，所述ZnO颗粒溶液和溴化钠醇溶液的混合体积(毫升)比为1:2；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述ZnO颗粒溶液和溴化钠醇溶液的混合体积(毫升)比为1:4；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述ZnO颗粒溶液和溴化钠醇溶液的混合体积(毫升)比为1:6；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤4中，所述旋涂的转速为1500rpm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述旋涂的转速为2000rpm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述旋涂的转速为3000rpm；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤4中，所述退火温度为150℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述退火温度为160℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述退火温度为200℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤4中，所述退火处理时间为20min；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述退火处理时间为25min；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述退火处理时间为30min；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤4中，所述溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层的旋涂厚度为20nm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层的旋涂厚度为30nm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤4中，所述溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层的旋涂厚度为40nm；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤5中，所述给体材料和受体材料的重量比为1:1；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述给体材料和受体材料的重量比为1:1.5；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述给体材料和受体材料的重量比为1:2；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤5中，所述升温温度为50℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述升温温度为60℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述升温温度为80℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤5中，所述搅拌时间为12小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述搅拌时间为18小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述搅拌时间为24小时；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤5中，所述旋涂的转速为1000rpm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述旋涂的转速为1200rpm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述旋涂的转速为1600rpm；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤5中，所述光活性层的旋涂厚度为50nm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述光活性层的旋涂厚度为80nm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中，所述光活性层的旋涂厚度为100nm；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤6中，所述MoO3阳极缓冲层的蒸镀厚度为3nm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤6中，所述MoO3阳极缓冲层的蒸镀厚度为4nm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤6中，所述MoO3阳极缓冲层的蒸镀厚度为5nm；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤7中，所述Ag金属阳极的蒸镀厚度为90nm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤7中，所述Ag金属阳极的蒸镀厚度为100nm；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤7中，所述Ag金属阳极的蒸镀厚度为120nm；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤6和7中，所述蒸镀是在多源有机气相分子沉积系统中完成。
采用以上方案，本发明公开的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法，具有以下优点：
(1)本发明的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，采用溴化钠修饰ZnO为阴极缓冲层，从而达到修饰电池阴极传输层的目的，充分利用溴化钠较强的电负性和吸电子能力的基础上，达到钝化ZnO阴极缓冲层氧空位效果，有利于改善活性层和阴极缓冲层的界面接触性能，提高载流子向阴极的传输能力，大大提高了反型结构聚合物太阳能电池的填充因子和光电转化效率，有效提高了太阳能电池的光电流密度，有利于提高太阳能电池的能量转换效率，改善优化了太阳能电池的性能；
(2)本发明的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，选择PTB7-Th和PC71BM作为聚合物材料，并优化太阳能电池的溴化钠修饰后ZnO的阴极缓冲层、聚合物光活性层、MoO3阳极缓冲层、Ag金属阳极之间的厚度比，有利于提高太阳能电池的光电流密度，得到的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池质量好，性能优异；
(3)本发明的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法，技术含量高，操作简单，条件温和无安全隐患，重复性好，后处理简单不污染环境，成本低廉，有利于实现工业化扩大应用。
综上所述，本发明公开的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，有效提高了太阳能电池的光电流密度，提高太阳能电池的能量转换效率和太阳能电池的性能。制备方法技术含量高，易操作，安全环保，重复性好，成本低廉，有利于实现工业化扩大应用。
以下将结合附图和实施例对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明实施例2制备的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池与对比器件的V-I特性曲线图。
具体实施方式
以下介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如若有未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如相关说明书或者手册进行实施。
实施例1、溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池
用洗涤液润湿的无尘布将ITO表面擦拭一遍，将表面的灰尘等大颗粒异物清洗掉，然后依次用洗涤液、去离子水、丙酮、去离子水、异丙醇各超声15分钟后，用干燥氮气吹干，并对ITO表面做打氧处理，进一步清洗表面的残留有机物，以提高旋涂成膜的质量，将清洗彻底的ITO避尘保存备用；
将1.475g醋酸锌加入到67.5mL的甲醇中，在66℃条件下加热搅拌溶解；在室温下，将0.74g的氢氧化钾加入到37.5mL的甲醇中，搅拌至完全溶解后，以0.1mL/5s的速度滴加到上述醋酸锌的甲醇溶液中，并在66℃条件下加热搅拌反应2.5个小时，待反应结束后将制得的ZnO甲醇混合溶液静置，用甲醇洗涤2次后，分散到35mL正丁醇、2.5mL甲醇和2.5mL三氯甲烷的混合溶液中，避光保存备用；
在室温下，配置摩尔浓度为1.7×10-5M的溴化钠的甲醇溶液，将所制备的ZnO和溴化钠溶液按体积比1:4的比例混合，将所得的混合溶液以2000rpm的转速旋涂在导电阴极上，然后放在加热板上，在160℃的的条件下退火处理20min后得到溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层(NaBr@ZnO的阴极缓冲层)，厚度30nm；
将给体材料PTB7-Th和受体材料PC71BM按1:1.5的质量比进行混合溶解到二氯苯中，在80℃条件下，磁力搅拌12个小时后以1600rpm的旋涂速度旋涂在阴极缓冲层上，得到光活性层，厚度为100nm；
将样品取出转移到热蒸发系统，在多源有机气相分子沉积系统中通过真空蒸镀的方法在光活性层上蒸镀一层MoO3作为阳极缓冲层，厚度为4nm，蒸镀速率为0.02nm/s；
在多源有机气相分子沉积系统中继续在MoO3阳极缓冲层上蒸镀厚度为100nm的Ag作为阳极，蒸镀速率为1nm/s，制备得到了本发明溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
实施例2：溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池
用洗涤液润湿的无尘布将ITO表面擦拭一遍，将表面的灰尘等大颗粒异物清洗掉，然后依次用洗涤液、去离子水、丙酮、去离子水、异丙醇各超声15分钟后，用干燥氮气吹干，并对ITO表面做打氧处理，进一步清洗表面的残留有机物，以提高旋涂成膜的质量，将清洗彻底的ITO避尘保存备用；
将2.3g醋酸锌加入到120mL的甲醇中，在67℃条件下加热搅拌溶解；在室温下，将1.3g的氢氧化钾加入到60mL的甲醇中，搅拌至完全溶解后，以0.2mL/5s的速度滴加到上述醋酸锌的甲醇溶液中，并在67℃条件下加热搅拌反应3个小时，待反应结束后将制得的ZnO甲醇混合溶液静置，用甲醇洗涤3次后，分散到35mL正丁醇、2.5mL甲醇和2.5mL三氯甲烷的混合溶液中，避光保存备用；
在室温下，配置摩尔浓度为1.7×10-6M的溴化钠的甲醇溶液，将所制备的ZnO和溴化钠溶液按体积比1:4的比例混合，将所得的混合溶液以3000rpm的转速旋涂在导电阴极上，然后放在加热板上，在200℃的的条件下退火处理30min后得到溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层(NaBr@ZnO的阴极缓冲层)，厚度20nm；
将给体材料PTB7-Th和受体材料PC71BM按1:1.5的质量比进行混合溶解到二氯苯中，在60℃条件下，磁力搅拌24个小时后以1200rpm的旋涂速度旋涂在阴极缓冲层上，得到光活性层，厚度为80nm；
将样品取出转移到热蒸发系统，在多源有机气相分子沉积系统中通过真空蒸镀的方法在光活性层上蒸镀一层MoO3作为阳极缓冲层，厚度为4nm，蒸镀速率为0.04nm/s；
在多源有机气相分子沉积系统中继续在MoO3阳极缓冲层上蒸镀厚度为100nm的Ag作为阳极，蒸镀速率为0.5nm/s，制备得到了本发明溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
实施例3：溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池
用洗涤液润湿的无尘布将ITO表面擦拭一遍，将表面的灰尘等大颗粒异物清洗掉，然后依次用洗涤液、去离子水、丙酮、去离子水、异丙醇各超声15分钟后，用干燥氮气吹干，并对ITO表面做打氧处理，进一步清洗表面的残留有机物，以提高旋涂成膜的质量，将清洗彻底的ITO避尘保存备用；
将1g醋酸锌加入到80mL的甲醇中，在50℃条件下加热搅拌溶解；在室温下，将1.1g的氢氧化钾加入到44mL的甲醇中，搅拌至完全溶解后，以0.05mL/5s的速度滴加到上述醋酸锌的甲醇溶液中，并在50℃条件下加热搅拌反应2个小时，待反应结束后将制得的ZnO甲醇混合溶液静置，用甲醇洗涤3次后，分散到20mL正丁醇、2mL甲醇和2mL三氯甲烷的混合溶液中，避光保存备用；
在室温下，配置摩尔浓度为1.7×10-3M的溴化钠的乙醇溶液，将所制备的ZnO和溴化钠溶液按体积比1:2的比例混合，将所得的混合溶液以1500rpm的转速旋涂在导电阴极上，然后放在加热板上，在150℃的的条件下退火处理30min后得到溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层(NaBr@ZnO的阴极缓冲层)，厚度20nm；
将给体材料PTB7-Th和受体材料PC71BM按1:2的质量比进行混合溶解到二氯苯中，在60℃条件下，磁力搅拌24个小时后以1000rpm的旋涂速度旋涂在阴极缓冲层上，得到光活性层，厚度为80nm；
将样品取出转移到热蒸发系统，在多源有机气相分子沉积系统中通过真空蒸镀的方法在光活性层上蒸镀一层MoO3作为阳极缓冲层，厚度为3nm，蒸镀速率为0.04nm/s；
在多源有机气相分子沉积系统中继续在MoO3阳极缓冲层上蒸镀厚度为120nm的Ag作为阳极，蒸镀速率为0.5nm/s，制备得到了本发明溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
实施例4：溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池
用洗涤液润湿的无尘布将ITO表面擦拭一遍，将表面的灰尘等大颗粒异物清洗掉，然后依次用洗涤液、去离子水、丙酮、去离子水、异丙醇各超声15分钟后，用干燥氮气吹干，并对ITO表面做打氧处理，进一步清洗表面的残留有机物，以提高旋涂成膜的质量，将清洗彻底的ITO避尘保存备用；
将3g醋酸锌加入到45mL的甲醇中，在70℃条件下加热搅拌溶解；在室温下，将0.88g的氢氧化钾加入到44mL的甲醇中，搅拌至完全溶解后，以0.5mL/5s的速度滴加到上述醋酸锌的甲醇溶液中，并在70℃条件下加热搅拌反应2.5个小时，待反应结束后将制得的ZnO甲醇混合溶液静置，用甲醇洗涤2次后，分散到30mL正丁醇、1.5mL甲醇和1.5mL三氯甲烷的混合溶液中，避光保存备用；
在室温下，配置摩尔浓度为1.7×10-4M的溴化钠的甲醇溶液，将所制备的ZnO和溴化钠溶液按体积比1:6的比例混合，将所得的混合溶液以2000rpm的转速旋涂在导电阴极上，然后放在加热板上，在160℃的的条件下退火处理25min后得到溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层(NaBr@ZnO的阴极缓冲层)，厚度40nm；
将给体材料PTB7-Th和受体材料PC70BM按1:1的质量比进行混合溶解到二氯苯中，在50℃条件下，磁力搅拌18个小时后以1600rpm的旋涂速度旋涂在阴极缓冲层上，得到光活性层，厚度为50nm；
将样品取出转移到热蒸发系统，在多源有机气相分子沉积系统中通过真空蒸镀的方法在光活性层上蒸镀一层MoO3作为阳极缓冲层，厚度为5nm，蒸镀速率为0.02nm/s；
在多源有机气相分子沉积系统中继续在MoO3阳极缓冲层上蒸镀厚度为90nm的Ag作为阳极，蒸镀速率为1nm/s，制备得到了本发明溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
使用Keithley,SMU2420数字源表，将实施例2制备得到溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池与对比器件在100mw/cm2的AM1.5G标准太阳光照下检测光电流性能，得的V-I特性曲线；如图1所示，
图1为实施例2制备的利用溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池与对比器件的V-I特性曲线；
图1中，一条曲线表示未利用溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池(ITO/ZnO/PTB7-Th:PC71BM/MoO3/Ag对比器件，)的光电流密度曲线；另一条曲线表示本发明溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池(ITO/NaBr@ZnO/PTB7-Th:PC71BM/MoO3/Ag)的光电流密度曲线；
图1的光电流密度曲线显示，本发明溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的光电流密度相对于对比件的光电流密度更大，表明能量转换效率更高，提高了太阳能电池的性能。
本发明其他实施例得到的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池也具有与上述相似的有益效果。
本发明其他实施方式技术方案的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池也具有与上述相似的有益效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括将溴化钠溶液与ZnO颗粒溶液混合后旋涂在透明导电玻璃ITO表面，得到溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池；
其中，所述溴化钠溶液摩尔浓度为1.7×10-3～1.7×10-6M；所述溴化钠溶液与ZnO颗粒溶液混合的体积比为1:2～1:6；
其中，所述溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、清洗透明导电玻璃ITO作为阴极，避尘保存备用；
步骤2、制备ZnO颗粒溶液，避光保存备用；
步骤3、配置摩尔浓度为1.7×10-3～1.7×10-6M的溴化钠醇溶液；
步骤4、将步骤2的ZnO颗粒溶液和步骤3的溴化钠醇溶液按体积比为1:2～1:6混合后，旋涂在步骤1的透明导电玻璃ITO阴极表面，退火处理得到溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层；
步骤5、将给体材料和受体材料以重量比为1:1～1:2进行混合，加入有机溶剂，升温搅拌得到浓度为5～20mg/mL的溶液，然后旋涂在步骤4得到的阴极缓冲层上，得到光活性层；
步骤6、向步骤5得到的光活性层上进行蒸镀MoO3，得到MoO3阳极缓冲层；
步骤7、向步骤6得到得MoO3阳极缓冲层上蒸镀Ag，得到以Ag为金属阳极的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，
所述溴化钠溶液为溴化钠醇溶液；
所述ZnO颗粒溶液为固体ZnO颗粒与混合溶剂形成的固液混合溶液；
其中，所述ZnO颗粒与混合溶剂的重量体积比为1:25～1:300；
所述混合溶剂为醇溶剂与卤代甲烷溶剂的混合溶剂；
所述醇包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中一种或多种；
所述卤代甲烷包括二氯甲烷、二溴甲烷、三氯甲烷、三溴甲烷中一种或多种。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤2-1、将醋酸锌加入到醇溶剂中，加热搅拌，得到醋酸锌醇溶液；
步骤2-2、将氢氧化钾加入到醇溶剂中，室温搅拌溶解得到氢氧化钾醇溶液；
步骤2-3、将步骤2-2得到的氢氧化钾醇溶液加入到步骤2-1得到的醋酸锌醇溶液中，加热搅拌反应得到ZnO醇混合溶液，静置过滤，固体用醇溶剂洗涤后，加入到醇溶剂和卤代甲烷的混合溶剂中得到ZnO颗粒溶液。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，
所述步骤2-1中，所述醋酸锌与醇溶液的重量体积比为1:15～1:160；
所述步骤2-2中，所述氢氧化钾与醇溶液的重量体积比为1:20～1:110；
所述步骤2-3中，所述氢氧化钾醇溶液加入到醋酸锌醇溶液时的速度为0.01～0.1mL/s；
所述步骤2-3中，所述混合溶剂为甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂；其中所述甲醇、正丁醇和三氯甲烷的混合溶剂中，甲醇、正丁醇、三氯甲烷的体积比为1～4:10～80:1～4。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，
所述步骤4中，所述旋涂的转速为1500～3000rpm；所述退火温度为150～200℃；所述退火处理时间为20～30min；所述溴化钠修饰的ZnO的阴极缓冲层的旋涂厚度为20～40nm；
所述步骤5中，所述给体材料为PTB7-Th，受体材料为PC71BM；所述有机溶剂为二氯苯，氯苯或甲苯；所述升温温度为50～80℃；所述搅拌时间为12～24小时；所述旋涂的转速为1000～1600rpm；所述光活性层的旋涂厚度为50～100nm；
所述步骤6中，所述蒸镀的速度为0.02～0.04nm/s；所述MoO3阳极缓冲层的蒸镀厚度为3～5nm；
所述步骤7中，所述蒸镀的速度为0.5～1nm/s；所述Ag金属阳极的蒸镀厚度为90～120nm。
6.一种权利要求1～5任一项所述方法制备得到的溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，其特征在于，所述聚合物太阳能电池以透明导电玻璃ITO为阴极，以溴化钠修饰后ZnO为阴极缓冲层，以导电聚合物和富勒烯衍生物为光活性层，以MoO3为阳极缓冲层，以Ag为金属阳极；其中，所述阴极缓冲层为溴化钠溶液与ZnO颗粒溶液混合后旋涂在透明导电玻璃ITO阴极表面；所述溴化钠修饰后ZnO的阴极缓冲层、聚合物光活性层、MoO3阳极缓冲层、Ag金属阳极的厚度比为4～14:10～35:1:15～40。
7.如权利要求6所述溴化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池，其特征在于，所述溴化钠修饰后ZnO的阴极缓冲层的厚度为20～40nm；所述光活性层的厚度为50～100nm；所述MoO3阳极缓冲层的厚度为3～5nm；所述Ag金属阳极的厚度为90～120nm。
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