CN109950408B - 一种聚合物太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种聚合物太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚合物太阳能电池及其制备方法，本发明提供的太阳能电池包括依次接触的衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层；其中，通过选择蒽醌衍生物作为制备阴极修饰层的材料，通过实验结果发现，得到的聚合物太阳能电池能够选择性的传输电子，阻挡空穴，使得得到的电池的转换效率提高，此外，蒽醌衍生物在水、醇等极性溶剂中有很好的溶解性，易于在有机半导体上溶液加工制备而不破坏有机半导体，使得本发明提供的技术方案在制备聚合物太阳能电池上具有低成本、工艺简单的优点。

Description

一种聚合物太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种聚合物太阳能电池及其制备方法。
背景技术
聚合物太阳能电池以其结构和制备过程简单、成本低、重量轻、可制备成柔性器件等突出优点，近年来成为国内外研究热点。基于正向结构的太阳能电池，因为其器件结构简单，近年来得到了极大的发展。目前正向结构的太阳能电池效率已经由最初的不足1％发展到超过15％。
正向结构的太阳能电池中常用低功函活泼金属如Ca、Mg等作为负极收集电子，但是这些活泼金属对水氧敏感，降低了器件的稳定性；无机盐如LiF、Cs2CO3等也被用作阴极界面材料以提升电子的收集能力，但是无机盐通常采用真空蒸镀制备，耗能耗时；共轭聚合物电解质如PFNBr也被用作阴极界面材料，但是这类高分子材料合成周期较长、批次重复性差、厚度敏感，会造成器件制备成本的增加；因此，如何在工艺简单的基础上提供一种光电转化性能优良的聚合物太阳能电池具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚合物太阳能电池及其制备方法，本发明提供的聚合物太阳能电池器件性能好，且制备工艺简单
本发明提供了一种聚合物太阳能电池，包括依次接触的衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层；
其中，所述阴极修饰层的材料为蒽醌衍生物。
优选的，所述蒽醌衍生物具有式(I)所示结构，
Figure BDA0002027626410000021
其中，n为0～10的整数；
X为卤素；
R2、R3和R4独立的选自氢或C1～C8的烷基；
R1为氢、式(R1-1)或式(R1-2)，
Figure BDA0002027626410000022
其中，R1-1、R1-2和R1-3独立的选自氢或C1～C8的烷基。
优选的，所述n为1、2、3、4、5、6或7。
优选的，所述X为氯或溴。
优选的，所述R2、R3和R4独立的选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基。
优选的，所述R1-1、R1-2和R1-3独立的选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基。
优选的，所述蒽醌衍生物为式(I-1)、式(I-2)或式(I-3)，
Figure BDA0002027626410000023
优选的，所述阴极修饰层的厚度为5-10nm。
本发明还提供了一种聚合物太阳能电池的制备方法，包括：
依次在衬底上涂覆阳极层、阳极修饰层、活性层和阴极修饰层，最后蒸镀阴极层，得到聚合物太阳能电池，
其中，所述阴极修饰层的材料为蒽醌衍生物。
优选的，所述涂覆阴极修饰层时的蒽醌衍生物溶液的浓度为0.3～5mol/L。
优选的，所述涂覆阴极修饰层的旋涂转速为2000-3500rpm。
与现有技术相比，本发明提供了一种聚合物太阳能电池，包括依次接触的衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层；其中，通过选择蒽醌衍生物作为制备阴极修饰层的材料，通过实验结果发现，得到的聚合物太阳能电池能够选择性的传输电子，阻挡空穴，使得得到的电池的转换效率提高，此外，蒽醌衍生物在水、醇等极性溶剂中有很好的溶解性，易于在有机半导体上溶液加工制备而不破坏有机半导体，使得本发明提供的技术方案在制备聚合物太阳能电池上具有低成本、工艺简单的优点。
附图说明
图1为本发明聚合物太阳能电池的器件结构示意图；
图2为对比例1在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图3为对比例2在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图4为实施例1在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图5为实施例2在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图6为实施例3在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图7为实施例4在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图8为实施例5在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图9为实施例6在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图10为实施例7在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图11为实施例8在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图12为实施例9在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图13为实施例10在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图14为实施例11在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图15为实施例12在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图16为实施例13在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；
图17为实施例14在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种聚合物太阳能电池，包括依次接触的衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层；
其中，所述阴极修饰层的材料为蒽醌衍生物。
本发明中，所述阴极层的材料蒽醌衍生物优选具有式(I)所示结构，
Figure BDA0002027626410000041
其中，n为0～10的整数；
X为卤素；
R2、R3和R4独立的选自氢或C1～C8的烷基；
R1为氢、式(R1-1)或式(R1-2)，
Figure BDA0002027626410000042
其中，R1-1、R1-2和R1-3独立的选自氢或C1～C8的烷基。
具体的，所述n优选为1、2、3、4、5、6或7；所述X优选为氯或溴；，所述R2优选选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基；所述R3优选选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基；所述R4优选选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基；所述R1-1优选选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基；所述R1-2优选选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基；所述R1-3优选选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基。
更具体的，所述蒽醌衍生物为式(I-1)、式(I-2)或式(I-3)，
Figure BDA0002027626410000051
本发明中，所述阴极修饰层的厚度优选为5-10nm，更优选为6～9nm，更优选为7～8纳米。
本发明中，对发明对衬底的来源没有特殊要求，本领域公知的可用太阳能电池的衬底均可，如可以为玻璃或聚酯薄膜。
本发明中，本发明对阳极层材料的组成也没有特殊要求，本领域公知的可用于太阳能电池阳极层的材料均可，如可以为透明导电金属氧化物氧化铟锡。
本发明中，本发明对阳极修饰层的材料没有特殊要求，本领域公知的阳极修饰层均可，如可以为PEDOT：PSS(聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))溶液，所述阳极修饰层的厚度优选为10～50nm，更优选为20～40nm，最优选为25～30nm。
本发明中，本发明对活性层材料没有特殊要求，本领域公知的可用于活性层的材料均可，如可以为共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F的混合物，所述活性层的厚度优选为80～120nm，更优选为100～110nm。
本发明中，所述阴极层的材料优选为铝，所述阴极层的厚度优选为80～120nm，更优选为100～110nm。
更具体的，本发明所述聚合物太阳能电池中，在透明导电金属氧化物阳极层的一端沉积有金属导线，金属导线连接负载或者测试装置的另一端，所述阴极层连接负载或者测试装置的另一端，入射光从衬底方向射入，PEDOT：PSS主要作用为阳极修饰层，传输空穴，阻挡电子；活性层主要作用是吸收光子，并将其转变为激子，使激子在给受体界面处分离成电子和空穴；阴极修饰层的作用是运输电子；金属电极作用是收集电子。电池结构如图1所示，图1为本发明聚合物太阳能电池的器件结构示意图；其中，1为衬底；2为透明导电金属氧化物阳极层；3为阳极修饰层；4为共混活性层；5为阴极修饰层；6为阴极；7为金属导线；8为负载或测试装置；9为入射光。
本发明还提供了一种聚合物太阳能电池的制备方法，包括：
依次在衬底上涂覆阳极层、阳极修饰层、活性层和阴极修饰层，最后蒸镀阴极层，得到聚合物太阳能电池，
其中，所述阴极修饰层的材料为蒽醌衍生物。
按照本发明，本发明依次在衬底上涂覆阳极层、阳极修饰层、活性层和阴极修饰层，最后蒸镀阴极层，得到聚合物太阳能电池；其中，本发明对涂覆各个层的方法没有特殊要求，本发明技术人员可以根据材料的性质选择合适的涂覆方式；其中，涂覆阴极修饰层时，优选将蒽醌衍生物溶解在溶剂中，得到蒽醌衍生物溶液，然后通过旋涂得到阴极修饰层，其中，所述蒽醌衍生物溶液中的溶剂优选为水和醇中的一种或两种，所述醇为甲醇和/或乙醇；所述蒽醌衍生物溶液的浓度优选为0.3～5mol/L，更优选为0.5～2mol/L，最优选为0.8～1.5mol/L，最优选为1～1.2mol/L；更具体的，当所述蒽醌衍生物为式(I-1)或式(I-3)时，所述蒽醌衍生物溶液的浓度优选为0.3～5mol/L，更优选为0.5～2mol/L，最优选为0.8～1.5mol/L，最优选为1～1.2mol/L，最优选为0.8mol/L；当所述蒽醌衍生物为式(I-2)时，所述蒽醌衍生物溶液的浓度优选为0.3～5mol/L，更优选为0.5～2mol/L，最优选为0.8～1.5mol/L，最优选为1～1.2mol/L，最优选为1mol/L；所述旋涂转速为2000-3500rpm，更优选为2500-3000rpm。
本发明提供了一种聚合物太阳能电池及其制备方法，本发明提供的聚合物太阳能电池包括依次接触的衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层；其中，通过选择蒽醌衍生物作为制备阴极修饰层的材料，通过实验结果发现，得到的聚合物太阳能电池能够选择性的传输电子，阻挡空穴，使得得到的电池的转换效率提高，此外，蒽醌衍生物在水、醇等极性溶剂中有很好的溶解性，易于在有机半导体上溶液加工制备而不破坏有机半导体，使得本发明提供的技术方案在制备聚合物太阳能电池上具有低成本、工艺简单的优点。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对比例1
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后转移到真空蒸镀室，气压为3×10-4时蒸镀一层20nm的Ca和一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
对比例2
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后转移到真空蒸镀室，气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例1
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为1.0mg/ml的1-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以2000rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例2
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为1.0mg/ml的1-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例3
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为1.0mg/ml的1-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以3000rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例4
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为1.0mg/ml的1-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以3500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例5
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为0.3mg/ml的1-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例6
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度5mg/ml的1-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-DPA为0.Q-Cl的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例7
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为0.8mg/ml的1-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例8
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为1.0mg/ml的1，8-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1，8-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例9
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为3.0mg/ml的1，8-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1，8-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例10
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为5.0mg/ml的1，8-DPAQ-Cl溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1，8-DPAQ-Cl的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例11
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为0.5mg/ml的1-EPAQBr溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-EPAQBr的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例12
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为0.8mg/ml的1-EPAQBr溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-EPAQBr的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例13
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为1.0mg/ml的1-EPAQBr溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-EPAQBr的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例14
将溅射有氧化铟锡ITO的透明导电玻璃依次用洗涤剂、自来水、去离子水、乙醇超声两次，用N2吹干。将洗干净的ITO导电玻璃用紫外臭氧处理15min，然后将PEDOT：PSS溶液用0.45μm的滤头过滤后以3000rpm的速度涂在ITO导电玻璃上面，再150℃退火15min。将ITO/PEDOT：PSS基片转移到充满N2的手套箱中，将质量比为1∶1的共轭电子给体材料PBDB-T-2F和电子受体材料IT-4F溶于氯苯得到浓度为10mg/ml的混合溶液，以2000rpm旋涂在ITO/PEDOT：PSS基底上面，100℃退火10min，得到的活性层膜后约100nm。然后将浓度为3.0mg/ml的1-EPAQBr溶于甲醇溶液中，混合均匀，得到1-EPAQBr的甲醇溶液，以2500rpm的转速旋涂到活性层上面，得到阴极修饰层，最后在气压为3×10-4时蒸镀一层100nm的Al作为阴极，得到聚合物太阳能电池。
实施例15
对得到的聚合物太阳能电池的性能进行测试，结果见图2～图17，图2为对比例1在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图3为对比例2在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图4为实施例1在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图5为实施例2在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图6为实施例3在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图7为实施例4在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图8为实施例5在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图9为实施例6在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图10为实施例7在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图11为实施例8在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图12为实施例9在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图13为实施例10在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图14为实施例11在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图15为实施例12在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图16为实施例13在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线；图17为实施例14在未经光照和经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J-V)曲线。从图1～图17得出的结果见表1，表1为对比例1～2以及实施例1～14的短路电流密度、开路电压、填充因子、能量转换效率的详细参数。
表1
Figure BDA0002027626410000141
Figure BDA0002027626410000151
从表1中可以看出，与对比例1和对比例2相比，采用不同转速、不同浓度来制备蒽醌衍生物做阴极修饰层的器件，都可以有效地改善器件性能，转速在2500rpm时，器件的性能较好，对于1-DPAQ-Cl和1-EPAQBr，浓度为0.8mg/ml时，器件性能较好，对于1，8-DPAQ-Cl，浓度为1mg//ml时器件性能较好。
比较对比例1(图2)，对比例2(图3)与实施例7(图10)在光照强度为100毫瓦每平方厘米时的电流密度与电压(J-V)曲线：对比例1的短路电流为17.44mA/cm2，开路电压为0.77V，填充因子为72.89％，能量转换效率为9.83％；对比例2的短路电流为17.61mA/cm2，开路电压为0.69V，填充因子为62.68％，能量转换效率为7.65％；实施例7的短路电流为24.68mA/cm2，开路电压为0.81V，填充因子为58.17％，能量转换效率为11.63％。通过比较可以得出在实施例7中用1-DPAQ-Cl作阴极修饰层的聚合物太阳能电池的器件效率比对比例1中以Ca作阴极修饰层的要高很多。实施例13的短路电流为19.25mA/cm2，开路电压为0.79V，填充因子为60.03％，能量转换效率为9.10％，与对比例1和对比例2相比较，可以看出在实施例13中用1，8-DPAQ-Cl作阴极修饰层的聚合物太阳能电池的器件效率与对比例一中以Ca作阴极修饰层的相匹敌，且明显优于对比例二中没有阴极修饰层，仅用Al作阴极的器件性能。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种聚合物太阳能电池，包括依次接触的衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层；
其中，所述阴极修饰层的材料为蒽醌衍生物；
所述蒽醌衍生物具有式（I）所示结构，
Figure DEST_PATH_FDA0002692003790000011
式（I）；
其中，n为0~10的整数；
X为卤素；
R2、R3和R4独立的选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基；
R1为氢、式（R1-1）或式（R1-2），
Figure 131008DEST_PATH_FDA0002692003790000012
其中，R1-1、R1-2和R1-3独立的选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基。
2.根据权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述X为氯或溴。
3.根据权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述蒽醌衍生物为式（I-1）、式（I-2）或式（I-3），
Figure 251411DEST_PATH_FDA0002692003790000021
4.根据权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述阴极修饰层的厚度为5-10nm。
5.一种聚合物太阳能电池的制备方法，包括：
依次在衬底上涂覆阳极层、阳极修饰层、活性层和阴极修饰层，最后蒸镀阴极层，得到聚合物太阳能电池，
其中，所述阴极修饰层的材料为蒽醌衍生物；
所述蒽醌衍生物具有式（I）所示结构，
Figure 31148DEST_PATH_FDA0002692003790000022
式（I）；
其中，n为0~10的整数；
X为卤素；
R2、R3和R4独立的选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基；
R1为氢、式（R1-1）或式（R1-2），
Figure 691937DEST_PATH_FDA0002692003790000031
其中，R1-1、R1-2和R1-3独立的选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基或正辛基。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆阴极修饰层时的蒽醌衍生物溶液的浓度为0.3~5mol/L。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆阴极修饰层的旋涂转速为2000-3500 rpm。
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