一種提高基于富勒烯的有機太陽能電池性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高基于富勒烯的有機太陽能電池性能的方法，屬于有機光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源問題目前已是全球共同關(guān)注的話題，各國都著力于清潔能源的開發(fā)。太陽能電池是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，隨著太陽能電池成本的降低，其在人們的生活中發(fā)揮越來越多的作用。
[0003]單晶硅、多晶硅和非晶硅系列的太陽能電池是目前應(yīng)用最廣泛的太陽能電池，但是它們存在幾個缺點。相比于上述的無機太陽能電池，有機太陽能電池有著材料來源廣泛、制作工藝更加簡單并且靈活、生產(chǎn)過程中不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)、可以在柔性或非柔性襯底上加工、半透明且色彩可選等顯著優(yōu)勢。這些特點使得有機太陽能電池具有廣闊的發(fā)展前景。
[0004]有機太陽能電池具有和無機娃光伏電池相同的最高理論轉(zhuǎn)換效率。自1995年美國加州大學(xué)的A.J.Heeger團(tuán)隊首次報道了基于共軛聚合物/富勒烯及其衍生物互傳網(wǎng)絡(luò)異異質(zhì)結(jié)型薄膜太陽電池以來，經(jīng)過二十余年的研究，聚合物太陽能電池在材料體系設(shè)計和器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面取得了很大的進(jìn)步，器件的效率從最初報道的1%到目前突破10.6%，逐步逼近15%的實用性指標(biāo)。目前，制約有機太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的主要因素是電池的光譜響應(yīng)范圍與太陽光地面輻射光譜不匹配、載流子的迀移率不高以及電極對其收集效率低等，并且材料的氧化和還原導(dǎo)致器件不穩(wěn)定，重結(jié)晶和溫度變化導(dǎo)致了器件的衰老，每個層面的問題都對研究者提出了很大的挑戰(zhàn)。在有機材料合成和器件結(jié)構(gòu)方面研究人員已經(jīng)做了大量的研究，并且已經(jīng)基本完備?，F(xiàn)在的研究重點在工藝技術(shù)的改進(jìn)，特別是對活性層形貌的調(diào)控。
[0005]通過器件的處理工藝可以實現(xiàn)活性層薄膜形貌結(jié)構(gòu)的有效微相調(diào)控，提升聚合物太陽能電池的整體綜合性能。目前比較常用的處理工藝包括溶劑退火、添加劑改性和熱退火等。但是它們都存在一些缺陷。添加劑改性的缺點是高沸點添加劑容易殘留而導(dǎo)致J-V曲線變成S形，影響器件的填充因子和效率。溶劑退火的缺點在于退火時間長，處理效率低，并且對于大面積器件的處理不適用。熱退火時間和溫度必須適宜才能使電池達(dá)到最佳性能，退火時間過長或溫度過高都會使給體和受體材料的相區(qū)尺寸大于激子擴散長度，導(dǎo)致激子大量損失，反而會降低電池效率。對于低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的高透明柔性襯底，熱退火可能會造成襯底的破壞而不適用。
[0006]總體看來，目前在有機太陽能電池的活性層形貌調(diào)控方面仍缺乏一種生產(chǎn)工藝簡便，并且能用于低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的高透明柔性襯底的處理技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:針對目前有機太陽能電池器件處理工藝技術(shù)的不足，提出一種采用適當(dāng)時間的UV紫外光源對基于富勒烯的有機太陽能電池的活性層表面進(jìn)行照射處理，提高基于富勒烯的有機太陽能電池的性能，特別是光電轉(zhuǎn)換效率得到提升的一種提高基于富勒烯的有機太陽能電池性能的方法。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:一種提高基于富勒烯的有機太陽能電池性能的方法所述的有機太陽能電池的活性層是含有基于富勒烯的聚合物，在制備有機太陽能電池的過程中，使用紫外光照射處理活性層。
[0009]優(yōu)選的，所述的活性層是基于富勒烯的聚合物和共軛聚合物共混，活性層的受體材料為基于富勒烯的聚合物，給體材料為共軛聚合物。
[0010]優(yōu)選的，所述的有機太陽能電池的結(jié)構(gòu)是本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選的，所述的紫外光為UVA光或UVB光。
[0012]優(yōu)選的，所述的有機太陽能電池的結(jié)構(gòu)制備順序包括陽極、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層、陰極；所述活性層的制備方法如下:在氮氣，除水的手套箱中，空穴傳輸層上面旋涂共軛聚合物和富勒烯聚合物共混溶液，形成活性層，在氮氣，除水的手套箱中，使用紫外光源照射處理活性層，經(jīng)過紫外光照處理之后，對活性層進(jìn)行熱退火處理。
[0013]優(yōu)選的，所述的旋涂活性層的方法為旋涂法、刮涂法、噴涂法或印刷法。
[0014]步驟一:選擇鍍有氧化銦錫ITO電極的透明玻璃作為陽極層，將ITO刻蝕，并將ITO玻璃襯底清洗干凈；
[0015]步驟二:空穴傳輸層的制備:在干凈的ITO玻璃上旋涂40-50nm的聚[3.4-乙撐二氧噻吩](PEDOT) ??聚(苯乙烯磺酸酯)(PSS)形成空穴傳輸層，靜置一段時間后，對其進(jìn)行熱退火處理；
[0016]步驟三:活性層的制備:在氮氣，除水的手套箱中，空穴傳輸層上面旋涂100?150nm的聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)溶液，形成活性層，在氮氣，除水的手套箱中，使用UVA或UVB紫外光源照射處理活性層，經(jīng)過紫外光照處理之后，對活性層進(jìn)行熱退火處理；
[0017]步驟四:電子傳輸層的制備:在活性層上使用氣相沉積儀器蒸鍍厚度為0.Snm的氟化鋰(LiF)作為電子傳輸層，其蒸鍍的氣壓環(huán)境小于4X10 4Pa;
[0018]步驟五:陰極電極的制備:在電子傳輸層上使用氣象沉淀儀器蒸鍍厚度為120?150nm的鋁(Al)作為陰極，其蒸鍍的氣壓環(huán)境小于4X 10 4Pa。
[0019]有益效果:
[0020]本發(fā)明采用適當(dāng)時間的UV光照射有機太陽能電池活性層，使得活性層中的富勒烯發(fā)生光致齊聚反應(yīng)，抑制了部分結(jié)晶的產(chǎn)生，提升了電荷載流子的傳輸效率以及迀移率，從而使得有機太陽能電池的性能提升，特別是光電轉(zhuǎn)換效率得到較大提升。本發(fā)明工藝簡單，成本低，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并且可以用于各種基底，比如基于PET基底的柔性有機太陽能電池，可將該方法廣泛應(yīng)用到有機太陽能電池的生產(chǎn)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的作進(jìn)一步說明。
[0022]圖1是本發(fā)明制備有機太陽能電池的主要工作流程圖。
[0023]圖2是本發(fā)明有機太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是使用UVA紫外光源處理活性層為聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(PC61BM)的有機太陽能電池后的能量轉(zhuǎn)換效率隨光照能量的變化圖。
[0025]圖4是使用UVB紫外光源處理活性層為聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(PC61BM)的有機太陽能電池后的能量轉(zhuǎn)換效率隨光照能量的變化圖。
[0026]圖5是使用UVA紫外光源處理活性層為聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)的有機太陽能電池后的能量轉(zhuǎn)換效率隨光照能量的變化圖。
[0027]圖6是使用UVB紫外光源處理活性層為聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)的有機太陽能電池后的能量轉(zhuǎn)換效率隨光照能量的變化圖。
【具體實施方式】
[0028]實施例1
[0029]圖1是制備有機太陽能電池的主要工作流程圖，其中(I)為器件在旋涂儀器上旋涂活性層，(2)為在氮氣環(huán)境下使用紫外光照射器件的活性層，(3)為活性層的熱退火處理，(4)為蒸鍍電子傳輸層和陰極。
[0030]圖2是本發(fā)明實施例1和例2有機太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖，其中(5)為陽極，(6)為空穴傳輸層，(7)為活性層，(8)為電子傳輸層，(9)為陰極。
[0031]本實施采用標(biāo)準(zhǔn)有機太陽能電池制備方法，包括如下步驟:
[0032]1、選擇鍍有ITO電極的透明玻璃作為陽極層(5)，將ITO刻蝕，并將ITO玻璃襯底清洗干凈。
[0033]2、空穴傳輸層的制備:在干凈的ITO玻璃上旋涂40-50nm的聚[3.4-乙撐二氧噻吩](PEDOT) ??聚(苯乙烯磺酸酯)(PSS)形成空穴傳輸層(6)。靜置一段時間后，對其進(jìn)行熱退火處理，溫度為120°C，時間為I小時。
[0034]3、活性層的制備:在手套箱(氮氣，除水環(huán)境)中，在空穴傳輸層(6)上面旋涂100-150nm的聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)共混溶液，形成活性層(7)。在手套箱(氮氣，除水環(huán)境)中，使用波長為365nm的UVA紫外光源照射處理活性層(7)，光照處理時間分別為I分鐘，2分鐘，3分鐘和5分鐘。經(jīng)過紫外光照處理之后，對活性層(7)進(jìn)行熱退火處理，溫度為120°C，時間為15分鐘。由圖3可知以上紫外光處理時間所對應(yīng)的器件能量轉(zhuǎn)換效率。
[0035]4、電子傳輸層的制備:在活性層(7)上使用氣相沉積儀器蒸鍍厚度為0.Snm的氟化鋰(LiF)作為電子傳輸層8，其蒸鍍的氣壓環(huán)境小于4X10 4Pa。
[0036]5、陰極電極的制備:在電子傳輸層⑶上使用氣象沉淀儀器蒸鍍厚度為120-150nm的鋁(Al)作為陰極(9)，其蒸鍍的氣壓環(huán)境小于4X 10 4Pa。
[0037]實施例2
[0038]采用UVB紫外光照射處理有機太陽能電池活性層。
[0039]制備方法除了步驟3不同外，其各層的工藝制備方法與實施例1相同。實施例2中的活性層的