CN116322253A - 柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及柔性有机太阳能电池器件技术领域，公开了一种柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法。所述柔性电极包括柔性基底和位于柔性基底上表面的共混薄膜；其中，所述共混薄膜的材料为金属纳米线、PEDOT:PSS和聚乙烯醇的共混物。所述方法包括：将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极。本发明还涉及所述的柔性电极在制备柔性有机太阳能电池中的应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法。本发明所提供的柔性有机太阳能电池具有优异的拉伸性能，并同时保持高效的能量转换效率，具有潜在的工业应用价值和发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及柔性有机太阳能电池器件技术领域，具体涉及一种柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法。
背景技术
众所周知，随着城市化水平的提高和人口的不断增长，各类生活活动对能源需求不断提升，而且能源是支撑国家经济发展与人类文明进步的重要支柱，是关乎世界和平、社会文明和人类可持续发展需要面临的首要问题。常见的如煤、石油和天然气等化石能源的不可再生能源，不但稀缺而且会产生各种各样的环境问题，因此寻找新的清洁能源和开发利用可再生的能源成为全人类必须认真对待的重大课题。
随着经济的不断发展，各国对能源短缺和环境问题不断重视，可再生的清洁能源被不停地研究与探索。在可再生能源中，扮演着重要角色的风能、地热能、生物能和水利能分别受到种种等不可抗因素的限制。相比之下，光伏能源(太阳能)作为一种取之不尽用之不竭的绿色无污染能源，被寄予厚望成为可持续发展替代能源的首选。
太阳能电池可以直接将太阳能转化为电能，因此是一种重要的可再生能源的生产方式。光伏器件迎来了以晶体硅光伏器件为核心的第一次技术发展，原材料使用单晶硅片，并且在数十年的发展中，不断更新制备技术，光伏材料也从单一的硅基太阳能电池扩展为多种无机化合物太能电池，但其生产过程中还是会产生各种各样的环境污染。不同于无机太阳能体系，有机太阳能电池作为一种清洁能源开始出现。同时它所具有的轻、薄、柔等优点赋予了有机太阳能电池可以被广泛应用的特性。甚至为了满足各种商业化的需求，比如半透明柔性发电、可穿戴移动发电等等也在被探索研究。太阳能电池器件工艺也随着对清洁能源的不断需求而不断更新生产方式，比如：单层肖特基电池、双层异质结电池、本体异质结电池、分子D-A结电池以及叠层太阳能电池等等。而开发柔性太阳能电池无疑能够促进太阳能领域的发展与实际应用，不仅是太阳能能源开发的必然趋势，同样是未来柔性电子器件发展的重要环节。
相比之下，近年兴起的有机聚合物薄膜太阳电池具有制作工艺简单、重量轻、成本低的特点。而且，有机聚合物太阳能电池轻、薄、柔的优点是其余太阳能电池所不能企及的。当以具有柔性的聚合物柔性基底作为电池载体，所制备的柔性聚合物太阳能电池的特点更为突出，这样的电池也是真正意义上的柔性太阳能电池。柔性有机太阳能电池除具有有机聚合物太阳能电池本征具有的优势以外，还具备以下独特的应用优势：(1)可弯曲性，其具有很强的可弯曲程度，可以黏附在特殊的曲面，实现各种特殊应用场景；(2)可通过溶液成膜法制备聚合物有机太阳能电池，为大面积低成本制备柔性有机太阳能电池提供有利条件；(3)与使用易碎的玻璃作为柔性基底的传统晶体硅或其他类型的薄膜光伏器件相比较，柔性塑料或金属箔片作为柔性柔性基底材料其安全性能更好、实际生产中操作更为简便；(4)相比硅基和无机化合物太阳能电池，有机原材料制备成本低廉、来源丰富、制备工艺能耗低；(5)柔性有机太阳能电池厚度薄，重量轻，质量功率比其他电池高几个数量级，特别适用于各种对重量有特殊要求的应用(汽车、卫星及建筑业等)。此外，在日常生活中，具有轻薄特点的柔性太阳能电池具有重要的应用前景，如遮阳帽、野外帐篷、背包及衣服等可穿戴的太阳光伏器件。开展柔性聚合物太阳能电池的研究及开发产品是必然的发展趋势，具有非常重要的意义。
然而，目前所制备的柔性有机太阳能电池在拉伸性能方面无法满足实际应用。
因此，亟需研发一种具有改进的拉伸性能的柔性电极及柔性有机太阳能电池。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的柔性有机太阳能电池拉伸性能不足的问题，提供一种柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种柔性电极，其中，所述柔性电极包括柔性基底和位于柔性基底上表面的共混薄膜；其中，所述共混薄膜的材料为金属纳米线、PEDOT:PSS和聚乙烯醇的共混物。
本发明第二方面提供一种第一方面所述的柔性电极的制备方法，其中，所述方法包括：将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极。
本发明第三方面提供第一方面所述的柔性电极在制备柔性有机太阳能电池中的应用。
本发明第四方面提供一种包括第一方面所述的柔性电极的柔性有机太阳能电池。
本发明第五方面提供一种第四方面所述的柔性有机太阳能电池的制备方法。
通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：
(1)本发明提供的柔性电极通过在柔性基底上形成包括金属纳米线、PEDOT:PSS与PVA的共混薄膜制得，相对于现有的柔性电极具有改进的拉伸性能，且用于制备柔性有机太阳能电池时能够使柔性有机太阳能电池获得优异的拉伸性能的同时，保持高效的能量转换效率。另外，本发明所制备的柔性有机太阳能电池的弯折性能良好。
(2)本发明提供的柔性电极及柔性有机太阳能电池的制备方法简单有效。
(3)与现有的柔性有机太阳能技术相比，本发明所提供的柔性有机太阳能电池具有优异的拉伸性能，并同时保持高效的能量转换效率，具有潜在的工业应用价值和发展前景。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种柔性电极，其中，所述柔性电极包括柔性基底和位于柔性基底上表面的共混薄膜；其中，所述共混薄膜的材料为金属纳米线、PEDOT:PSS和聚乙烯醇的共混物。
在本发明中，在金属纳米线中掺杂PEDOT:PSS和聚乙烯醇(PVA)，形成的共混物作为柔性电极的薄膜层，能够进一步提高柔性电极的拉伸性能。
在柔性电极中，共混薄膜位于柔性基底上表面，还需要满足导电性和透过率的要求。
本发明选用高导电性聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)与生物相容性非导电聚乙烯醇(PVA)进行交联，可以有效调节PEDOT:PSS的混合导电性能。PVA中的羟基可以与PSS的磺酸基团交联，导致PEDOT:PSS中反阴离子的数量减少。由于PVA的羟基与PSS的磺酸基之间形成化学键，PVA是还原磺酸基的良好候选材料。
同时，本发明中金属纳米线的一步包埋能有效降低金属纳米线的表面粗糙度，从而防止太阳能电池中光电流的泄露。
在本发明中，柔性基底是制备柔性有机太阳能电池的主要载体，其作为太阳光吸收面并且由于电池制备过程中需要进行高温退火处理，需要具备良好的透过率以及高温耐受性。同时，为了满足拉伸变形后能量转换效率的保持，也要求其具有良好的可拉伸性能。因此，根据本发明的一些实施方式，所述柔性基底选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯(TPU)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺(PI)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的至少一种，优选为聚氨酯(TPU)。
根据本发明的一些优选实施方式，所述柔性基底的厚度为0.1-0.3mm，例如0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm，以及上述任意两个数值组成的范围内的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述金属纳米线选自银纳米线、金纳米线和铜纳米线中的至少一种，优选为银纳米线。在本发明中，选用银纳米线能够合适的电导率且经济实惠。
根据本发明的一些优选实施方式，所述PEDOT:PSS中PEDOT与PSS的质量比为1-6:1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1，以及上述任意两个数值组成的范围内的任意值。
根据本发明的一些优选实施方式，所述共混薄膜中，金属纳米线和PEDOT:PSS的质量比为0.5-2.5:1，例如0.5:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1，以及上述任意两个数值组成的范围内的任意值，优选为1-2:1。在本发明中，金属纳米线和PEDOT:PSS的质量比过低，则导电性不足；金属纳米线和PEDOT:PSS的质量比过高，则拉伸性能差。
根据本发明的一些优选实施方式，以金属纳米线的重量为基准，所述共混薄膜中聚乙烯醇的含量为20-50wt％，例如20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％，以及上述任意两个数值组成的范围内的任意值，优选为30-40wt％。在本发明中，聚乙烯醇的含量过低交联作用弱；聚乙烯醇的含量过高不导电。
当PVA含量增加时，PSS的羟基与磺酸基之间的交联增加，因为随着羟基浓度的增加，化学反应的可能性增加。然而，当羟基浓度过高时，交联也会受到限制，所以要控制好PVA的含量。
根据本发明的一些优选实施方式，所述共混薄膜的厚度为20-50mm，例如20mm、30mm、40mm、50mm，以及上述任意两个数值组成的范围内的任意值。
本发明第二方面提供一种第一方面所述的柔性电极的制备方法，其中，所述方法包括：将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极。
本发明所述的制备方法简单有效，能够制备出具有改进的拉伸性能的柔性电极。
根据本发明的一些实施方式，所述沉积的方式选自旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀或原子层沉积中的一种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述沉积的时间为0.3-2min，优选为0.5-1min。
根据本发明的一些优选实施方式，所述共混溶液中金属纳米线的浓度为2.5-4mg/mL。
根据本发明的一些优选实施方式，所述退火处理的条件包括：退火温度为60-200℃，例如60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃，以及上述任意两个数值组成的范围内的任意值，优选为80-150℃；退火时间为5-20min，例如5min、8min、10min、12min、15min、18min、20min，以及上述任意两个数值组成的范围内的任意值，优选为10-15min。
本发明第三方面提供第一方面所述的柔性电极在制备柔性有机太阳能电池中的应用。
本发明第四方面提供一种包括第一方面所述的柔性电极的柔性有机太阳能电池。
本发明利用第一方面所述的柔性电极制备柔性有机太阳能电池，在获得改进的拉伸性能的同时，能够使柔性有机太阳能电池保持高效的能量转换效率，具有良好的应用前景。
根据本发明的一些实施方式，所述柔性有机太阳能电池自下而上包括柔性电极、电子传输层、活性层、空穴传输层和顶电极层。
在本发明中，使用柔性电极制备典型的反向倒置器件结构，柔性电极用作太阳能电池阴极，顶层导电电极用作太阳能电池阳极。太阳光光源从柔性电极面射入，由有机活性材料吸收，经过光子吸收和激子产生、然后通过能量转移的方式进行扩散，扩散到给受体界面时克服自身吸引力，分离并激发出电子和空穴，以及电荷的传输与收集，最后分别由柔性电极和顶层电极收集产生电流，完成光电转变过程。
根据本发明的一些实施方式，所述电子传输层的材料选自溶胶凝胶法氧化锌、氧化锌纳米粒子、PFN-Br、PFN、PDINO和氧化锡等中的至少一种。本发明中电子传输层在具备可传输电子的本征性质时，同样需要具有可观的拉伸性能，本发明中优选溶胶凝胶制备的ZnO用于电子传输层。
根据本发明的一些优选实施方式，所述电子传输层的厚度为20-40nm，例如20nm、25nm、30nm、35nm、40nm，以及上述任意两个数值组成的范围内的任意值。
根据本发明的一些优选实施方式，所述活性层为本体异质结活性层，其材料优选为PM6:L8BO。本发明中选择活性层作为柔性有机太阳能电池活性部分，PM6:L8BO的高效率本体异质结结构能够获取较高的光电转换效率。
根据本发明的一些优选实施方式，所述活性层的厚度为80-120nm。
根据本发明的一些优选实施方式，所述空穴传输层的材料选自PEDOT:PSS、氧化镍、氧化钼和氧化铜等中的至少一种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述空穴传输层的厚度为2-15nm，优选为7-10nm。
本发明中空穴传输层可通过高速旋转涂覆或真空蒸镀的方式制备。
根据本发明的一些优选实施方式，所述顶电极层的材料选自高导PH1000聚合物、液态金属(例如镓等)、金、银、铜和铝中的至少一种。本发明中顶电极层沉积于空穴传输层表面，可通过真空蒸镀制备。
根据本发明的一些优选实施方式，所述顶电极层的厚度为80-200nm。
本发明第五方面提供一种第四方面所述的柔性有机太阳能电池的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极；
(2)将步骤(1)得到的柔性电极黏附于刚性基底上；
(3)在柔性电极上依次沉积电子传输层、活性层、空穴传输层和顶电极层，去除刚性基底后得到柔性有机太阳能电池。
根据本发明的一些优选实施方式，所述沉积的方式选自旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀或原子层沉积中的一种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述刚性基底选自硅片、有机玻璃、不锈钢板、铁板或铝板中的一种。
具体地，在本发明中可采用以下步骤制备柔性有机太阳能电池：
(1)柔性电极制备；将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液均匀沉积于清洗洁净后的柔性基底上表面，结合退火处理，得到柔性电极；然后将柔性电极部黏附于刚性基底表面，以备后期器件制备；
(2)沉积电子传输层；将电子传输层材料沉积于柔性电极表面，并结合适当的退火处理，形成致密的电子传输层；
(3)沉积活性层：在氮气或惰性气体氛围下，将活性层材料溶液均匀致密地沉积于电子传输层表面，并进行退火处理，形成致密的活性层；
(4)沉积空穴传输层和顶电极层：在氮气或惰性气体氛围下，将空穴传输层材料和顶层电极材料依次致密沉积于活性层表面，完成空穴传输层和顶电极层的制备；
(5)最后将黏附于刚性基底表面的可拉伸柔性太阳能电池从刚性基底上取下，即可得到独立可拉伸的柔性有机太阳能电池。
在上述制备方法中，步骤(3)的活性层材料溶液中的溶剂选自四氢呋喃、氯仿、氯苯、邻二氯苯和甲苯中的至少一种。
步骤(2)所述黏附可选择具有一定粘黏性的灌封胶，例如可以选择未完全固化的聚二甲硅氧烷材料旋涂或刮涂所得，聚二甲基硅氧烷溶液由基本组分与固化剂按照20:1重量比完全混合配制，并在旋涂完成后进行加热固化处理，加热温度80℃-150℃，加热时间5-20min。
与现有的柔性有机太阳能技术相比，本发明所提供的柔性有机太阳能电池具有优异的拉伸性能，并同时保持高效的能量转换效率，具有潜在的工业应用价值和发展前景。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。
(1)原料来源
银纳米线分散液：购自浙江科创新材料科技有限公司。
PEDOT:PSS溶液：购自Heraeus Clevios。
聚乙烯醇：聚乙烯醇0588低粘度型(PVA-205)，购自阿拉丁。
(2)测试方法：
拉伸性能测试方法：为了测试柔性电极的力学性能，在手套箱中设计了自动循环机械拉伸试验系统。该系统主要由两个接触夹具组成。其中一个固定装置可以以恒定的速度反向移动，另一个固定。值得注意的是，所有对比器件是同步进行拉伸/弯曲的，以避免出现误差。
电极透过率测试方法：通过日立U4150分光光度计获得透过率曲线，波长范围是250-800nm。
能量转换效率测试方法：有机太阳能的测试光源是太阳模拟器(Enlitech SS-F5-3A)，其光源强度由配备的KG5滤波器的标准硅太阳能电池(由国家计量研究所认证)校正，其波长类型和强度分别为AM1.5G和100mW cm-2。电流密度-电压(J-V)曲线由源表测量单元Keithley 2400得出。电池活性面积区域使用掩膜板校正为0.0289cm2。整个测试过程在充满N2的手套箱中进行。
实施例1
本实施例用于说明柔性电极的制备。
将银纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成共混溶液，其中银纳米线的浓度为4mg/mL。将配制好的共混溶液通过高速旋转涂覆机旋涂于厚度为0.1mm的TPU基底上表面，然后使用加热台进行退火处理，在120℃退火10min，在TPU基底上表面形成厚度为20mm、面电阻<20Ω/sq的的共混薄膜，得到柔性电极S-1。
所制得的柔性电极S-1中，PEDOT:PSS中PEDOT与PSS的质量比为1:6，银纳米线和PEDOT:PSS的质量比为2:1；以银纳米线的重量为基准，所述共混薄膜中聚乙烯醇的含量为30wt％。
实施例2
本实施例用于说明柔性电极的制备。
将银纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成共混溶液，其中银纳米线的浓度为2.5mg/mL。将配制好的共混溶液通过高速旋转涂覆机旋涂于厚度为0.3mm的TPU基底上表面，然后使用加热台进行退火处理，在80℃退火15min，在TPU基底上表面形成厚度为30mm、面电阻<20Ω/sq的的共混薄膜，得到柔性电极S-2。
所制得的柔性电极S-2中，PEDOT:PSS中PEDOT与PSS的质量比为1:6，银纳米线和PEDOT:PSS的质量比为1:1；以银纳米线的重量为基准，所述共混薄膜中聚乙烯醇的含量为30wt％。
实施例3
本实施例用于说明柔性电极的制备。
将银纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成共混溶液，其中银纳米线的浓度为4mg/mL。将配制好的共混溶液通过高速旋转涂覆机旋涂于厚度为0.2mm的TPU基底上表面，然后使用加热台进行退火处理，在150℃退火12min，在TPU基底上表面形成厚度为20mm、面电阻<20Ω/sq的共混薄膜，得到柔性电极S-3。
所制得的柔性电极S-3中，PEDOT:PSS中PEDOT与PSS的质量比为1:6，银纳米线和PEDOT:PSS的质量比为0.5:1；以银纳米线的重量为基准，所述共混薄膜中聚乙烯醇的含量为40wt％。
实施例4
本实施例用于说明柔性电极的制备。
将银纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成共混溶液，其中银纳米线的浓度为3mg/mL。将配制好的共混溶液通过高速旋转涂覆机旋涂于厚度为0.15mm的PET基底上表面，然后使用加热台进行退火处理，在60℃退火5min，在聚氨酯基底上表面形成厚度为50mm、面电阻<20Ω/sq的共混薄膜，得到柔性电极S-4。
所制得的柔性电极S-4中，PEDOT:PSS中PEDOT与PSS的质量比为1:6，银纳米线和PEDOT:PSS的质量比为2.5:1；以银纳米线的重量为基准，所述共混薄膜中聚乙烯醇的含量为20wt％。
实施例5
本实施例用于说明柔性电极的制备。
将银纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成共混溶液，其中银纳米线的浓度为3mg/mL。将配制好的共混溶液通过高速旋转涂覆机旋涂于厚度为0.25mm的PET基底上表面，然后使用加热台进行退火处理，在200℃退火20min，在聚氨酯基底上表面形成厚度为40mm的共混薄膜，得到柔性电极S-5。
所制得的柔性电极S-5中，PEDOT:PSS中PEDOT与PSS的质量比为1:6，银纳米线和PEDOT:PSS的质量比为2:1；以银纳米线的重量为基准，所述共混薄膜中聚乙烯醇的含量为50wt％。
对比例1
按照实施例1的方法制备柔性电极，不同的是，不使用PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液，仅使用银纳米线的浓度为4mg/mL的银纳米线分散液制备得到柔性电极D-1。
对比例2
按照实施例1的方法制备柔性电极，不同的是，不使用聚乙烯醇溶液，仅使用银纳米线分散液和PEDOT:PSS溶液制备得到柔性电极D-2。
实施例6
本实施例用于说明柔性有机太阳能电池的制备。
(1)使用未完全固化的聚二甲基硅氧烷黏附层将柔性电极S-1黏附于清洁后的有机玻璃表面；
(2)将ZnO溶液旋涂涂覆于柔性电极S-1表面，然后进行退火处理，使用加热台在150℃退火10min，重复旋涂和退火2次以上，得到尽量全覆盖柔性电极的电子传输层，然后将完成电子传输层旋涂的器件转移至手套箱中，后续在氮气氛围中进行器件制备；电子传输层的厚度为20nm；
(4)称量PM6和L8BO，按照1:1.2的比例加入到超净瓶中并转移至手套箱中，使用氯仿作为溶剂，DBCL(12mg/ml)作为添加剂溶解PM6:L8BO，控制浓度为16mg/mL，加入磁子，充分溶解6h后，使用高速旋转涂覆机涂覆于电子传输层表面，随后放置于加热台进行退火处理，退火温度80℃，退火时间5min；活性层的厚度为80nm；
(5)将旋涂活性层的器件转移至真空蒸镀舱中，真空度达到10-7mbar时开始进行蒸镀，首先是MoO3，蒸镀厚度7nm；完成MoO3蒸镀后，开始蒸镀Ag电极，蒸镀厚度80nm；
(6)充气后取出器件，将整个柔性有机太阳能器件从有机玻璃上轻轻取下，即制得柔性有机太阳能电池。
实施例7
本实施例用于说明柔性有机太阳能电池的制备。
按照实施例6的方法制备柔性有机太阳能电池，不同的是，将柔性电极S-1替换为柔性电极S-2，氧化锡电子传输层的厚度为40nm，PM6:L8BO活性层的厚度为120nm，氧化铜空穴传输层的厚度为10nm，Au顶电极层的厚度为100nm。
实施例8
本实施例用于说明柔性有机太阳能电池的制备。
按照实施例6的方法制备柔性有机太阳能电池，不同的是，将柔性电极S-1替换为柔性电极S-3，PFN电子传输层的厚度为30nm，PM6:L8BO活性层的厚度为100nm，氧化镍空穴传输层的厚度为2nm，Cu顶电极层的厚度为200nm。
实施例9
本实施例用于说明柔性有机太阳能电池的制备。
按照实施例6的方法制备柔性有机太阳能电池，不同的是，将柔性电极S-1替换为柔性电极S-4，PEDOT:PSS电子传输层的厚度为22nm，PM6:L8BO活性层的厚度为100nm，氧化铜空穴传输层的厚度为15nm，Au顶电极层的厚度为120nm。
实施例10
本实施例用于说明柔性有机太阳能电池的制备。
按照实施例6的方法制备柔性有机太阳能电池，不同的是，将柔性电极S-1替换为柔性电极S-5，氧化锡电子传输层的厚度为35nm，PM6:L8BO活性层的厚度为90nm，氧化钼空穴传输层的厚度为12nm，Al顶电极层的厚度为150nm。
对比例3
按照实施例6的方法制备柔性有机太阳能电池，不同的是，将柔性电极S-1替换为柔性电极D-1。
对比例4
按照实施例6的方法制备柔性有机太阳能电池，不同的是，将柔性电极S-1替换为柔性电极D-2。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种柔性电极，其特征在于，所述柔性电极包括柔性基底和位于柔性基底上表面的共混薄膜；其中，所述共混薄膜的材料为金属纳米线、PEDOT:PSS和聚乙烯醇的共混物。
2.根据权利要求1所述的柔性电极，其中，所述柔性基底选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚酰亚胺和聚二甲基硅氧烷中的至少一种；
优选地，所述柔性基底的厚度为0.1-0.3mm。
3.根据权利要求1或2所述的柔性电极，其中，所述金属纳米线选自银纳米线、金纳米线和铜纳米线中的至少一种；
优选地，所述PEDOT:PSS中PEDOT与PSS的质量比为1:6；
优选地，所述共混薄膜中，金属纳米线和PEDOT:PSS的质量比为0.5-2.5:1，优选为1-2:1；
优选地，以金属纳米线的重量为基准，所述共混薄膜中聚乙烯醇的含量为20-50wt％，优选为20-30wt％；
优选地，所述共混薄膜的厚度为20-50mm。
4.一种根据权利要求1-3中任意一项所述的柔性电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述沉积的方式选自旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀或原子层沉积中的一种；
优选地，所述共混溶液中金属纳米线的浓度为2.5-4mg/mL；
优选地，所述退火处理的条件包括：退火温度为60-200℃，优选为80-150℃；退火时间为5-20min，优选为10-15min。
6.权利要求1-3中任意一项所述的柔性电极在制备柔性有机太阳能电池中的应用。
7.一种包括权利要求1-3中任意一项所述的柔性电极的柔性有机太阳能电池。
8.根据权利要求7所述的柔性有机太阳能电池，其中，所述柔性有机太阳能电池自下而上包括柔性电极、电子传输层、活性层、空穴传输层和顶电极层。
9.根据权利要求8所述的柔性有机太阳能电池，其中，所述电子传输层的材料选自溶胶凝胶法氧化锌、氧化锌纳米粒子、PFN-Br、PFN、PDINO和氧化锡等中的至少一种；
优选地，所述电子传输层的厚度为20-40nm；
优选地，所述活性层为本体异质结活性层，其材料优选为PM6:L8BO；
优选地，所述活性层的厚度为80-120nm；
优选地，所述空穴传输层的材料选自PEDOT:PSS、氧化镍、氧化钼和氧化铜等中的至少一种；
优选地，所述空穴传输层的厚度为2-15nm，优选为7-10nm；
优选地，所述顶电极层的材料选自高导PH1000聚合物、液态金属、金、银、铜和铝中的至少一种；
优选地，所述顶电极层的厚度为80-200nm。
10.一种根据权利要求7-9中任意一项所述的柔性有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极；
(2)将步骤(1)得到的柔性电极黏附于刚性基底上；
(3)在柔性电极上依次沉积电子传输层、活性层、空穴传输层和顶电极层，去除刚性基底后得到柔性有机太阳能电池；
优选地，所述沉积的方式选自旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀或原子层沉积中的一种；
优选地，所述刚性基底选自硅片、有机玻璃、不锈钢板、铁板或铝板中的一种。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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2023
- 2023-03-16 CN CN202310254592.9A patent/CN116322253A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116916665A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-10-20 | 天津大学 | 一种本征可拉伸有机太阳能电池的制备方法 |
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