CN110391339A - 聚合物太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：将一碳纳米管阵列设置于一聚合物溶液中，所述碳纳米管阵列包括多个碳纳米管，每一碳纳米管具有相对的第一端和第二端；使所述聚合物溶液固化成聚合物层，该聚合物层具有相对的第一聚合物层表面和第二聚合物层表面，所述第一端暴露在聚合物层外面，所述第二端包埋在聚合物层中；将一绝缘层设置在所述第一聚合物层表面，使所述第一端穿过该绝缘层并且从绝缘层中暴露出来；将一阴极电极设置在所述绝缘层远离所述聚合物层的表面，使所述第一端与该阴极电极直接接触，得到一复合结构；将一支撑体、一阳极电极和所述复合结构依次层叠设置在一起。

Description

聚合物太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物太阳能电池的制备方法。
背景技术
聚合物太阳能电池具有原料广、成本低、光活性材料可以自行设计合成以及可制备成柔性器件等诸多优点，成为近年来国际上前沿科学的研究热点之一。聚合物太阳能电池的工作原理是：当光照射到聚合物太阳能电池中的光活性材料时，光活性材料吸收光子后产生激子，激子扩散到给体和受体的界面处分离成自由移动的电子和空穴，然后电子通过受体传递至阴极，空穴则通过给体传递至阳极，从而在阴极和阳极之间产生电势差。其中，聚合物太阳能电池对太阳光的利用是影响光电转换效率的一个重要因素，目前常用的方法是通过改变活性层材料来增强其对太阳光的吸收率。
Al-Haik et al.(US20070110977A1)公开了将多个碳纳米管分散在聚合物层中，然后利用磁场使这些碳纳米管定向，并且该定向的碳纳米管和聚合物层所形成的复合物可以作为光活性材料应用于聚合物太阳能电池中。然而，由于碳纳米管被聚合物层包覆，碳纳米管并没有与电极直接接触，从而降低了碳纳米管与电极之间的电传导性。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种可以提高碳纳米管与阴极电极之间的电传导性的聚合物太阳能电池的制备方法。
一种聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
将一碳纳米管阵列设置于一聚合物溶液中，所述碳纳米管阵列包括多个碳纳米管，每一碳纳米管具有相对的第一端和第二端，该第一端暴露在聚合物溶液外面，该第二端浸入聚合物溶液中；
使所述聚合物溶液固化成聚合物层，该聚合物层具有相对的第一聚合物层表面和第二聚合物层表面，所述第一端暴露在聚合物层外面，所述第二端包埋在聚合物层中；
将一绝缘层设置在所述第一聚合物层表面，使所述第一端穿过该绝缘层并且从绝缘层中暴露出来；
将一阴极电极设置在所述绝缘层远离所述聚合物层的表面，使所述第一端与该阴极电极直接接触，得到一复合结构；以及
将一支撑体、一阳极电极和所述复合结构依次层叠设置在一起，并且所述阳极电极设置在所述支撑体和所述第二聚合物层表面之间。
与现有技术相比，本发明提供的聚合物太阳能电池的制备方法中，利用碳纳米管阵列作为电子受体，使碳纳米管的第一端从聚合物层中暴露出来并与阴极电极直接接触，由于碳纳米管轴向方向的导电性好，而垂直于碳纳米管轴向方向的导电性差，因此碳纳米管的第一端与阴极电极直接接触，提高了碳纳米管与电极之间的电传导性。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的聚合物太阳能电池的制备方法的工艺流程图。
图3为本发明第一实施例提供的将碳纳米管阵列设置于聚合物溶液中的工艺流程图。
图4为本发明第一实施例提供的将碳纳米管阵列设置于聚合物溶液中的另一工艺流程图。
图5为本发明第一实施例提供的预处理碳纳米管阵列的结构示意图。
图6为本发明第一实施例提供的聚合物太阳能电池的另一种制备方法的工艺流程图。
图7为本发明第二实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图8为本发明第三实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图9为本发明第四实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图10为本发明第四实施例提供的聚合物太阳能电池的制备方法的工艺流程图。
图11为本发明第五实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
主要元件符号说明
聚合物太阳能电池 100，200，300，400，500
支撑体 10
阳极电极 12
光活性层 14
聚合物层 142
第一聚合物层表面 1422
第二聚合物层表面 1424
碳纳米管 144
第一端 1442
第二端 1444
绝缘层 16
阴极电极 18
碳纳米管阵列 20
第一表面 202
第二表面 204
聚合物溶液 22
反射层 24
激子阻挡层 26
容器 28
生长基底 30
弹性支撑体 40
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的聚合物太阳能电池及其制备方法作进一步的详细说明。
请参见图1，本发明第一实施例提供一种聚合物太阳能电池100，包括一支撑体10、一阳极电极12、一光活性层14、一绝缘层16和一阴极电极18，所述支撑体10、阳极电极12、光活性层14、绝缘层16和阴极电极18依次层叠设置。所述光活性层14包括一聚合物层142和多个碳纳米管144，该多个碳纳米管144分散在所述聚合物层142中。可以理解，由于所述光活性层14具有自支撑性，该支撑体10可以省略。
所述支撑体10可以是柔性也可以是刚性。所述支撑体10的材料可以是玻璃、石英、透明的树脂等，也可以是不透明的材料，比如硅等。所述阳极电极12和阴极电极18可以为透明导电层或多孔网状结构，如ITO(铟锡氧化物)层、FTO(氟掺杂氧化锡)层等；也可以为不透明的金属，比如铝、银等。当阴极电极18和绝缘层16都透明时，所述支撑体10和阳极电极12可以透明也可以不透明。当阴极电极18和绝缘层16不透明时，所述支撑体10和阳极电极12需透明。本实施例中，所述支撑体10是玻璃板，光从所述支撑体10一侧入射进入所述光活性层14中，所述阳极电极12的材料为ITO，所述阴极电极18的材料为铝。
所述聚合物层142在光活性层14中作为电子给体。所述聚合物层142为聚噻吩及其衍生物、聚芴及其衍生物、聚对苯撑乙烯及其衍生物、聚吡咯及其衍生物中的一种或几种。所述聚噻吩衍生物可以为聚3-己基噻吩(poly(3-hexylthiophene),P3HT)等，所述聚芴衍生物可以为聚双辛基芴(poly(dioctylfluorene))等，所述聚对苯撑乙烯衍生物可以为聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-聚苯撑亚乙烯(poly[2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene])等。本实施例中，所述聚合物层142为聚噻吩。
所述多个碳纳米管144在光活性层14中作为电子受体。所述多个碳纳米管144相互平行且间隔设置，并且该多个碳纳米管144的长度基本沿同一方向延伸。所述多个碳纳米管144从聚合物层142一直延伸至阴极电极18，并且穿过绝缘层16。每一碳纳米管144具有相对的第一端1442和第二端1444，所述第一端1442被包埋在阴极电极18中，第二端1444被包埋在聚合物层142中，并且第二端1444与阳极电极12间隔设置，没有接触。所述碳纳米管144的第二端1444被包埋在聚合物层142中并且没有与阳极电极12接触的原因是：使阳极电极12与作为电子受体的碳纳米管144之间电绝缘，以避免激子分离所产生的电子从碳纳米管144中迁移到阳极电极12，以确保电子从碳纳米管144中迁移到阴极电极18中。
每一碳纳米管144由第一部分、第二部分和第三部分组成，第一部分嵌在聚合物层142中，第二部分嵌在绝缘层16中，第三部分嵌在阴极电极18中。所述碳纳米管144可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述多个碳纳米管144具有大致相等的长度。本实施例中，所述多个碳纳米管144形成的结构为一碳纳米管阵列20。
所述绝缘层16的作用是：使阴极电极18与作为电子给体的聚合物层142之间电绝缘，以避免激子分离所产生的空穴从聚合物层142中迁移到阴极电极18，以确保空穴从聚合物层142中迁移到阳极电极12中。所述绝缘层16可以是透明的，也可以是不透明的。当光穿过阴极电极18和绝缘层16到达光活性层14时，所述绝缘层16需要是透明的；当光穿过支撑体10和阳极电极12到达光活性层14时，所述绝缘层16可以是透明也可以是不透明。用于制备透明绝缘层16的材料不限，可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚氟乙烯(PVF)等高分子材料。用于制备不透明绝缘层16的材料不限，可以为硅胶等，硅胶的主要成分是二氧化硅。本实施例中，所述绝缘层16的材料是PMMA。
请参见图2，本发明第一实施例提供所述聚合物太阳能电池100的制备方法，包括以下步骤：
S11，将一碳纳米管阵列20设置于一聚合物溶液22中，所述碳纳米管阵列20包括多个碳纳米管144，每一碳纳米管144具有相对的第一端1442和第二端1444，每一碳纳米管144的第一端1442暴露在聚合物溶液22外面，每一碳纳米管144的第二端1444浸入聚合物溶液22中并且被聚合物溶液22包覆；
S12，使所述聚合物溶液22固化成聚合物层142，所述聚合物层142具有相对的第一聚合物层表面1422和第二聚合物层表面1424，所述碳纳米管144的第一端1442暴露在第一聚合物层表面1422的外面，所述碳纳米管144的第二端1444被聚合物层142包覆；
S13，将所述绝缘层16设置在所述聚合物层142的第一聚合物层表面1422，碳纳米管144的第一端1442穿过绝缘层16并且暴露在绝缘层16的外面；
S14，将所述阴极电极18设置在绝缘层16远离聚合物层142的表面，并且碳纳米管144的第一端1442嵌入阴极电极18中并被阴极电极18包覆；
S15，将所述阳极电极12设置在所述支撑体10上；以及
S16，将所述聚合物层142的第二聚合物层表面1424设置在阳极电极12远离支撑体10的表面。
步骤S11中，所述碳纳米管阵列20具有相对的第一表面202和第二表面204，该多个碳纳米管144的从第一表面202延伸至第二表面204。所述多个碳纳米管144彼此平行且间隔设置。所有碳纳米管144的第一端1442共同形成碳纳米管阵列20的第一表面202，所有碳纳米管144的第二端1444共同形成碳纳米管阵列20的第二表面204，该多个碳纳米管144的长度延伸方向垂直于所述碳纳米管阵列20的第一表面202。所述碳纳米管144的长度大于等于100纳米，优选地，所述碳纳米管144的长度为几百微米至几百毫米，更优选地，所述碳纳米管144的长度为100微米～100毫米，例如100微米、500微米、1000微米、5毫米。
所述聚合物溶液22是将一聚合物材料分散在一有机溶剂中形成。所述有机溶剂不限，只要可以将该聚合物材料溶解即可。
将所述碳纳米管阵列20设置于所述聚合物溶液22中，每一碳纳米管144的第一端1442暴露在聚合物溶液22的外面，第二端1444浸入聚合物溶液22中并且被聚合物溶液22包覆的方法不限。本发明提供两种方法，但该方法并不对本发明造成限制。
请参见图3，第一种方法包括以下步骤：
步骤S111，在一生长基底30上生长所述碳纳米管阵列20，每一碳纳米管144的第一端1442与生长基底30直接接触，每一碳纳米管144的第二端1444远离生长基底30；
步骤S112，将所述聚合物溶液22放置于一容器28内；以及
步骤S113，将生长基底30倒置，使碳纳米管阵列20部分浸入聚合物溶液22中，也即每一碳纳米管144的一部分浸入聚合物溶液22中，并且每一碳纳米管144的第二端1444被聚合物溶液22包覆。
步骤S111中，所述碳纳米管阵列20的制备方法包括以下步骤：(a)提供一平整生长基底30，该生长基底30可选用P型或N型硅生长基底30，或选用形成有氧化层的硅生长基底30，本实施例优选为采用4英寸的硅生长基底30；(b)在生长基底30表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的生长基底30在700～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的生长基底30置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到碳纳米管阵列20。
步骤S113中，将生长基底30倒置并使碳纳米管阵列20部分浸入聚合物溶液22中的方法不限，例如，可以采用镊子等工具夹持生长基底30，使生长基底30倒置。
可以理解，采用第一种方法使碳纳米管阵列20设置于聚合物溶液22中时，步骤S13之前需要进一步包括一去除所述生长基底30的步骤。去除生长基底30的方法不限，例如，采用刀片等工具将生长基底30剥离，或者采用激光等工具将生长基底30刻蚀。
请参见图4，第二种方法包括以下步骤：
S111’，在所述生长基底30上生长所述碳纳米管阵列20，每一碳纳米管144的第一端1442与生长基底30直接接触，每一碳纳米管144的第二端1444远离生长基底30；
S112’，去除所述生长基底30；
S113’，将所述聚合物溶液22放置于一容器28内；以及
S114’，将所述碳纳米管阵列20部分浸入聚合物溶液22中。
步骤S112’中，去除生长基底30的方法为采用刀片、胶带或其他工具将碳纳米管阵列20从生长基底30整体剥离。由于所述碳纳米管阵列20中相邻碳纳米管144之间通过范德华力连接，采用刀片、胶带或其他工具沿着垂直于碳纳米管144的轴向的方向慢慢将碳纳米管阵列20从生长基底30上整体剥离后，可以得到一具有自支撑结构的碳纳米管阵列20。所述自支撑为碳纳米管阵列20不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态，即，该碳纳米管阵列20被间隔一距离设置的两个支撑物固定时，位于两个支撑物之间的碳纳米管阵列20能够保持自身层状状态。因此，该自支撑的碳纳米管阵列20可以被间隔一定距离的两个支撑物固定。所述支撑物可以为镊子、胶带等。本实施例中，两个镊子间隔设置，分别夹持碳纳米管阵列20的两边。
可以理解，无论采用第一种方法还是第二种方法使碳纳米管阵列20设置于聚合物溶液22中，在步骤S12中聚合物溶液22固化为聚合物层142之后，以及步骤S16中将聚合物层142与阳极电极12结合之前，进一步包括一去除所述容器28的步骤或者包括一将容器28中的整体结构直接从容器28中取出的步骤。去除所述容器28的方法不限，例如，采用激光将容器28刻蚀去除。步骤S12中，使聚合物溶液22固化的方法不限，例如加热等。
步骤S13中，设置绝缘层16的方法不限，比如先将绝缘层16制成溶液，再将该溶液通过喷涂或旋涂等方式设置在聚合物层142的第一聚合物层表面1422。本实施例中，将PMMA溶解在有机溶剂中制备成PMMA溶液，并将该PMMA溶液涂覆在聚合物层142的第一聚合物层表面1422，PMMA溶液渗透至碳纳米管144的间隙中，并且PMMA溶液的高度小于从聚合物层142中暴露出来的碳纳米管144的长度。固化后，该PMMA溶液形成PMMA绝缘层16，该PMMA绝缘层16的厚度小于从聚合物层142中暴露出来的碳纳米管144的长度。也即，碳纳米管144的第一端1442穿过PMMA绝缘层16并且暴露在PMMA绝缘层16的外面。
步骤S14中，将所述阴极电极18设置在绝缘层16远离聚合物层142的表面的方法不限，比如溅射、蒸镀、涂覆，或者将预先制备好的阴极电极18，例如金属片，直接铺设在绝缘层16上等。阴极电极18有一定的厚度，使得碳纳米管144的第一端1442嵌入阴极电极18中并被阴极电极18包覆。
步骤S15中，将阳极电极12设置在支撑体10上的方法不限，比如溅射、涂覆、蒸镀、掩模刻蚀、喷涂或喷墨打印等。
步骤S16中，将所述聚合物层142的第二聚合物层表面1424设置在阳极电极12远离支撑体10的表面的方法不限，例如，采用导电胶将步骤S14制成的中间产品与步骤S15制成的中间产品粘在一起，也即采用导电胶将聚合物层142的第二聚合物层表面1424与阳极电极12粘在一起。或者，用热压或冷压的方式将步骤S14制成的中间产品与步骤S15制成的中间产品压合在一起。具体的，将步骤S14制成的中间产品与步骤S15制成的中间产品层叠设置之后，将其整体放入一具有轧辊的热压装置中。该热压装置包括一个施压装置和一个加热装置，所述施压装置可以是一个金属轧辊。将加热的金属轧辊施加一定的压力于上述中间产品，阳极电极12和聚合物层142被软化，使得阳极电极12和聚合物层142之间的空气被挤压出来，从而使得阳极电极12和聚合物层142紧密压合在一起。所述金属轧辊所施加的压力为5千克至20千克。可以理解，所述金属轧辊的温度不应该使得阳极电极12、聚合物层142以及其他功能层熔化。
可以理解，也可以将阳极电极12通过溅射、涂覆、蒸镀等方式直接设置在聚合物层142的第二聚合物层表面1424，然后再将支撑体10设置在阳极电极12远离聚合物层142的表面。进一步，由于阳极电极12被直接设置在具有自支撑的聚合物层142的第二聚合物层表面1424上，主要起支撑作用的该支撑体10可以省略，那么设置该支撑体10的步骤也可以省略。
可以理解，将阴极电极18设置在所述绝缘层16远离聚合物层142的表面，得到一复合结构。然后，将支撑体10、阳极电极12和所述复合结构依次层叠设置在一起，并且使阳极电极12设置在所述支撑体10和所述聚合物层142的第二聚合物层表面1424之间。
进一步，当所述阳极电极12和阴极电极18中的任何一个是金属膜时，该金属膜同时具有电极和反射光的作用。也即，所述金属膜可以将到达金属膜的光反射到光活性层14中，提高光的利用率。
进一步，在固化聚合物溶液22之前，可以包括一预处理所述碳纳米管阵列20的步骤，请参见图5，该具体过程为：(1)将碳纳米管阵列20粘在一弹性支撑体40的表面，每一根碳纳米管144的长度延伸方向垂直于弹性支撑体40的该表面，优选地，采用胶粘剂将碳纳米管阵列20粘在弹性支撑体40上。(2)将弹性支撑体40的两端分别向相反的方向拉伸，在拉力的作用下，随着弹性支撑体40被拉伸，碳纳米管阵列20也被拉伸，相邻碳纳米管144之间的距离增大。拉伸速度可以根据碳纳米管阵列20进行选择，拉伸速度太大的话，碳纳米管阵列20容易破裂导致碳纳米管144散落。优选地，弹性支撑体40的拉伸速度小于2厘米每秒。预处理碳纳米管阵列20的优点是：拉伸碳纳米管阵列20后，相邻碳纳米管144之间的距离增大，有利于绝缘层16的材料进入相邻碳纳米管144之间。所述弹性支撑体40具有较好的弹性，弹性支撑体40的形状和结构不限，其可为一平面结构或一曲面结构。所述弹性支撑体40可以为弹性橡胶或者橡皮筋等。所述弹性支撑体40用于支撑并拉伸所述碳纳米管阵列20。可以理解，预处理碳纳米管阵列20后，进一步包括一去除所述弹性支撑体40的步骤。
请参见图6，本发明第一实施例进一步提供所述聚合物太阳能电池100的另一种制备方法，包括以下步骤：
S11’，将支撑体10放置在容器28中，该支撑体10远离容器28的表面设置有阳极电极12；
S12’，将聚合物溶液22放置在容器28中，优选地，聚合物溶液22位于阳极电极12远离支撑体10的表面；
S13’，将碳纳米管阵列20设置于聚合物溶液22中，所述碳纳米管阵列20包括多个碳纳米管144，每一碳纳米管144具有相对的第一端1442和第二端1444，每一碳纳米管144的第一端1442暴露在聚合物溶液22外面，每一碳纳米管144的第二端1444浸入聚合物溶液22中并且被聚合物溶液22包覆；
S14’，使所述聚合物溶液22固化成聚合物层142，所述聚合物层142具有相对的第一聚合物层表面1422和第二聚合物层表面1424，所述碳纳米管144的第一端1442暴露在第一聚合物层表面1422的外面，所述碳纳米管144的第二端1444被聚合物层142包覆；
S15’，将所述绝缘层16设置在所述聚合物层142的第一聚合物层表面1422，并使碳纳米管144的第一端1442穿过绝缘层16并且暴露在绝缘层16的外面；以及
S16’，将所述阴极电极18设置在绝缘层16远离聚合物层142的表面，并且碳纳米管144的第一端1442嵌入阴极电极18中并被阴极电极18包覆。
图6所示的制备方法与图2所示的制备方法类似，其不同之处在于：图6所示的制备方法提前将支撑体10和阳极电极12设置在容器28中，然后将聚合物溶液22倒入容器28中，设置碳纳米管阵列20后，再依次设置所述绝缘层16和阴极电极18。
可以理解，步骤S12’中，聚合物溶液22可能会顺着容器28的侧壁流入支撑体10与容器28的侧壁之间，以及阳极电极12与容器28的侧壁之间。待聚合物溶液22固化之后，支撑体10与容器28的侧壁之间，以及阳极电极12与容器28的侧壁之间也会有聚合物层142存在。去除容器28之后，支撑体10相对的两侧和阳极电极12相对的两侧均会有聚合物层142存在，这将提高支撑体10、阳极电极12与聚合物层142的结合程度。或者也可采用刻蚀等方法将支撑体10和容器28的侧壁之间的聚合物层142，以及阳极电极12与容器28的侧壁之间的聚合物层142去掉。
可以理解，步骤S11’中可以将支撑体10省略，而直接将阳极电极12设置在容器28的底部。也即，聚合物太阳能电池100中没有支撑体10。可以理解，在设置阴极电极18之后，进一步包括一去除所述容器28的步骤。
请参见图7，本发明第二实施例提供一种聚合物太阳能电池200。第二实施例的聚合物太阳能电池200与第一实施例的聚合物太阳能电池100基本相同，其区别是：第二实施例的聚合物太阳能电池200进一步包括一反射层24，该反射层24设置在阴极电极18远离绝缘层16的表面，此时，支撑体10是透明的，并且支撑体10远离阳极电极12的一面为光的入射面。可以理解，当阴极电极18透明并且阴极电极18远离绝缘层16的一面为光的入射面时，该反射层24设置在支撑体10远离阳极电极12的表面。
该反射层24的作用是：当光从透明的支撑体10进入光活性层14时，部分光可能到达阴极电极18，设置在阴极电极18远离绝缘层16的表面的反射层24可以使到达阴极电极18的光再反射到光活性层14中，提高光的利用率。当光从透明的阴极电极18进入光活性层14时，部分光可能到达支撑体10，设置在支撑体10远离阳极电极12的表面的反射层24可以使到达支撑体10的光再反射到光活性层14中，提高光的利用率。所述反射层24采用高反射率材料，可以是但不限于金属或金属合金材料。例如，金、银、铝、钙和铝的合金，或者镁和银的合金等。
本发明第二实施例进一步提供所述聚合物太阳能电池200的制备方法。第二实施例的聚合物太阳能电池200的制备方法与第一实施例的聚合物太阳能电池100的制备方法基本相同，其区别是：第二实施例的聚合物太阳能电池200的制备方法进一步包括一设置反射层24的步骤。具体的，当支撑体10透明时，在阴极电极18远离绝缘层16的表面采用溅射、涂覆、蒸镀等方式设置反射层24。当阴极电极18透明时，在支撑体10远离阳极电极12的表面采用溅射、涂覆、蒸镀等方式设置反射层24。
请参见图8，本发明第三实施例提供一种聚合物太阳能电池300。第三实施例的聚合物太阳能电池300与第一实施例的聚合物太阳能电池100基本相同，其区别是：第三实施例的聚合物太阳能电池300进一步包括一激子阻挡层26，该激子阻挡层26可以设置在光活性层14和阳极电极12之间，也可以设置在光活性层14和绝缘层16之间。当激子阻挡层26设置在光活性层14和绝缘层16之间时，多个碳纳米管144穿过激子阻挡层26和绝缘层16后进入阴极电极18。所述激子阻挡层26的作用是：光进入光活性层14后产生激子，激子阻挡层26阻止激子向绝缘层16或者阳极电极12扩散，促使激子全部扩散到给体和受体的界面处进而分离成电子和空穴，提高了激子的利用率，从而提高了聚合物太阳能电池100光电转换的效率。所述激子阻挡层26的材料为有机材料，比如Zn4O(AID)6、BAlQ3、BCP、Bphen、Alq3、TAZ、TPBI中等。
本发明第三实施例进一步提供所述聚合物太阳能电池300的制备方法。第三实施例的聚合物太阳能电池300的制备方法与第一实施例的聚合物太阳能电池100的制备方法基本相同，其区别是：第三实施例的聚合物太阳能电池300的制备方法进一步包括一设置激子阻挡层26的步骤。具体的，在步骤S12之后以及步骤S13之前，采用溅射、涂覆、蒸镀等方式在聚合物层142的第一聚合物层表面1422设置激子阻挡层26。或者，将聚合物层142的第二聚合物层表面1424设置在阳极电极12远离支撑体10的表面之前，先在聚合物层142的第二聚合物层表面1424上采用溅射、涂覆、蒸镀等方式设置激子阻挡层26。
请参见图9，本发明第四实施例提供一种聚合物太阳能电池400。第四实施例的聚合物太阳能电池400与第一实施例的聚合物太阳能电池100基本相同，其区别是：第四实施例的聚合物太阳能电池400中，碳纳米管144的第一端1442与绝缘层16远离聚合物层142的表面齐平；碳纳米管144的第一端1442与阴极电极18的表面直接接触，并未嵌入到阴极电极18的内部。
请参见图10，本发明第四实施例提供所述聚合物太阳能电池400的制备方法，包括以下步骤：
S41，将一碳纳米管阵列20设置于一聚合物溶液22中，所述碳纳米管阵列20包括多个碳纳米管144，每一碳纳米管144具有相对的第一端1442和第二端1444，每一碳纳米管144的第一端1442暴露在聚合物溶液22外面，每一碳纳米管144的第二端1444浸入聚合物溶液22中并且被聚合物溶液22包覆；
S42，使所述聚合物溶液22固化成聚合物层142，所述聚合物层142具有相对的第一聚合物层表面1422和第二聚合物层表面1424，碳纳米管144的第一端1442暴露在第一聚合物层表面1422的外面，碳纳米管144的第二端1444被聚合物层142包覆；
S43，将所述绝缘层16设置在所述聚合物层142的第一聚合物层表面1422，碳纳米管144贯穿整个绝缘层16，并且碳纳米管144的第一端1442与绝缘层16远离聚合物层142的表面齐平；
S44，将所述阴极电极18设置在绝缘层16远离聚合物层142的表面，并且碳纳米管144的第一端1442与阴极电极18直接接触，但并未嵌入阴极电极18的内部；
S45，将所述阳极电极12设置在所述支撑体10上；以及
S46，将所述聚合物层142的第二聚合物层表面1424设置在阳极电极12远离支撑体10的表面。
第四实施例的聚合物太阳能电池400的制备方法与第一实施例的聚合物太阳能电池100的制备方法基本相同，只有第四实施例中的步骤S43、S44和第一实施例中的步骤S13、S14不同。步骤S43中，采用溅射、涂覆、蒸镀、喷涂或喷墨打印等方式设置绝缘层16时，使得绝缘层16覆盖碳纳米管144，但是将碳纳米管144的第一端1442暴露出来，并且使碳纳米管144的第一端1442与绝缘层16远离聚合物层142的表面齐平。由于碳纳米管144的第一端1442与绝缘层16远离聚合物层142的表面齐平，当采用溅射、涂覆、蒸镀、喷涂或喷墨打印等方式在绝缘层16远离聚合物层142的表面设置阴极电极18时，碳纳米管144的第一端1442与阴极电极18直接接触，但并未嵌入阴极电极18的内部。
请参见图11，本发明第五实施例提供一种聚合物太阳能电池500，该聚合物太阳能电池500与第一实施例提供的聚合物太阳能电池100基本相似，其区别是：第一实施例提供的聚合物太阳能电池100中，碳纳米管144的长度延伸方向垂直于聚合物层142的第一聚合物层表面1422；第五实施例提供的聚合物太阳能电池500中，碳纳米管144的长度延伸方向与聚合物层142的第一聚合物层表面1422形成一夹角，该夹角大于0并且小于90度。优选地，该夹角大于30并且小于60度。所述聚合物太阳能电池500的优点是：由于碳纳米管144在聚合物层142中倾斜，增大了碳纳米管144与聚合物层142接触的表面，也即碳纳米管144受体与聚合物层142给体的接触表面或界面增大，有利于更多的激子形成电子和空穴，从而提高聚合物太阳能电池500的光电转换效率。
本发明第五实施例进一步提供聚合物太阳能电池500的制备方法，该制备方法与第一实施例的聚合物太阳能电池100的制备方法基本相同，其区别是：第五实施例提供的聚合物太阳能电池500的制备方法中，在聚合物溶液22固化成聚合物层142之前，进一步包括一挤压碳纳米管阵列20的步骤。具体的，可以采用一施压装置挤压碳纳米管阵列20，使碳纳米管144倾斜。通过压力大小的控制，可以控制碳纳米管144的倾斜程度，从而使碳纳米管144的长度延伸方向与聚合物层142的第一聚合物层表面1422形成大于0且小于90度的夹角。
相对于现有技术，本发明提供的聚合物太阳能电池100至500具有以下优点：1、碳纳米管144的第一端1442从聚合物层142中暴露出来，并且与阴极电极18直接接触，由于碳纳米管144轴向方向的导电性好，而垂直于碳纳米管144轴向方向的导电性差，因此碳纳米管144的第一端1442与阴极电极18直接接触，提高了碳纳米管144与电极之间的电传导性；2、本发明利用碳纳米管阵列20与聚合物层142的复合来制备聚合物太阳能电池100至500，由于碳纳米管阵列20中多个碳纳米管144本身就是定向排列，无需再借助磁场等外界力量使碳纳米管144定向。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将一碳纳米管阵列设置于一聚合物溶液中，所述碳纳米管阵列包括多个碳纳米管，每一碳纳米管具有相对的第一端和第二端，该第一端暴露在该聚合物溶液外面，该第二端浸入该聚合物溶液中；
使所述聚合物溶液固化形成一聚合物层，该聚合物层具有相对的第一聚合物层表面和第二聚合物层表面，所述第一端暴露在该聚合物层外面，所述第二端包埋在该聚合物层中；
将一绝缘层设置在所述第一聚合物层表面，使所述第一端穿过该绝缘层并且从该绝缘层中暴露出来；
将一阴极电极设置在所述绝缘层远离所述聚合物层的表面，使所述第一端与该阴极电极直接接触；以及
将一阳极电极设置在所述第二聚合物层表面。
2.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，将所述阴极电极设置在所述绝缘层远离所述聚合物层的表面的步骤进一步包括使所述第一端嵌入该阴极电极内部。
3.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，将所述绝缘层设置在所述第一聚合物层表面的步骤进一步包括使该第一端与该绝缘层远离该聚合物层的表面齐平。
4.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述多个碳纳米管的长度方向垂直于所述第一聚合物层表面。
5.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，将该碳纳米管阵列设置于该聚合物溶液中的步骤包括以下子步骤：
在一生长基底上生长所述碳纳米管阵列；
将所述聚合物溶液放置于一容器内；以及
将所述生长基底倒置，使每一碳纳米管的一部分浸入该聚合物溶液中。
6.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，将该碳纳米管阵列设置于该聚合物溶液中的步骤包括以下子步骤：
在一生长基底上生长所述碳纳米管阵列；
去除所述生长基底；
将所述聚合物溶液放置于一容器内；以及
将所述碳纳米管阵列部分浸入该聚合物溶液中。
7.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，在该聚合物溶液固化形成该聚合物层之前，进一步包括一挤压所述碳纳米管阵列的步骤，使所述多个碳纳米管倾斜。
8.如权利要求7所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，挤压所述碳纳米管阵列使得所述多个碳纳米管的长度延伸方向与所述第一聚合物层表面形成大于0且小于90度的夹角。
9.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，设置所述阴极电极之后，进一步包括一在所述阴极电极远离所述绝缘层的表面设置一反射层的步骤。
10.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，在该聚合物溶液固化形成所述聚合物层之后且将所述绝缘层设置在所述第一聚合物层表面之前，进一步包括一在所述第一聚合物层表面设置一激子阻挡层的步骤。
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