一種反型陷光結構級聯型有機太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有機太陽能電池技術領域，具體設及一種基于納米熱壓印技術的反型 陷光結構級聯型有機太陽能電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 有機太陽能電池W其柔性，可彎曲，低成本，可W大面積印刷生產等優點近年來越 來越受到研究人員的關注，并且文獻報道已經得到較高的能量轉換效率，然而對于聚合物 有機太陽能電池來說，高的載流子復合，低的激子壽命是研究人員必須面對的問題。世界各 地的研究人員嘗試通過各種方法改善器件特性，提高器件性能，例如，制作疊成電池，活性 層參雜，器件修飾等方法，而在本發明中通過特殊的處理方法制作陷光結構電池，提高有機 太陽能電池的光吸收，并通過提高光電轉換效率，提高太陽能電池器件效率。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種基于納米熱壓印技術的反型陷光結構級聯型有機太 陽能電池及其制備方法。
[0004] 本發明所述的一種基于納米熱壓印技術的反型陷光結構級聯型有機太陽能電池， 其特征在于：自上而下依次由IT0襯底、Ti〇2電子傳輸層、具有金字塔型陣列的級聯型活 性層、Mo化空穴傳輸層和Ag陽極組成，級聯型活性層由下到上依次為P3HT層、PSBTBT層、 PCDTBT 層和 PCBM 層。
[0005] 本發明利用旋轉涂覆法制作級聯結構的給體一受體活性層，對級聯型進行納米壓 印加工，制成陷光型結構，即通過納米熱壓印機在級聯型活性層上直接制作得到均勻的陷 光結構，該結構利用光的反射與折射原理，當太陽光照射的時候，增強器件對于太陽光的吸 收，提高對光的利用，該樣可W極大的提高光生電流，改善器件的光電轉換效率，從而提高 器件的性能。
[0006] 本發明所述基于納米熱壓印技術的反型陷光結構級聯型有機太陽能電池，其步驟 與條件如下：
[0007] 1)襯底清洗
[0008] 將IT0導電玻璃依次使用丙酬、己醇和去離子水超聲清洗10~20分鐘，然后用氮 氣吹干；
[0009] 2) Ti化電子傳輸層的制備
[0010] 20~30°C下，將10~30血的鐵酸四了醋（北京益利化工廠）滴加到裝有60~ lOOmL無水己醇（北京化工廠）的反應容器中，磁力攬拌60~90分鐘（定時恒溫磁力攬拌 器），再滴加5~20mL的冰己酸（北京化工廠），攬拌30-90min，得到均勻透明的淡黃色溶 液；然后加入5~20血己酷丙酬（天津化學試劑廠），攬拌30~90min，再加入20~40血 無水己醇，然后將5~20mL去離子水W 2~6mL/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續 攬拌2~3天，得到均勻透明的淡黃色Ti化溶膠，放置陳化3~5天；將制得的TiO 2溶膠旋 涂在步驟1)清洗過后的ITO導電玻璃表面，旋涂轉速為1000~4000rpm，旋涂時間為10~ 30s，然后在300~500°C條件下賠燒1~化，自然降溫至室溫，即可在IT0導電玻璃上制得 Ti化電子傳輸層，薄膜的厚度為20~60nm;
[0011] 3)級聯型活性層的制備
[0012] W 1 -2-二氯苯為溶劑，將P3HT、PSBTBT、PCDTBT作為給體材料，PCBM作為受體材料 分別配制成5mg/mL~20mg/mL濃度的溶液，在Ti〇2電子傳輸層上依次旋涂P3HT、PSBTBT、 PCDTBT、PCBM溶液，旋涂轉速為1000~3000巧m，旋涂時間為10~30s ;得到的級聯型活性 層的厚度為200~400nm，其中各層的厚度范圍為50~lOOnm ;
[0013] 4)陷光結構的制備
[0014] 采用對準式納米熱壓印技術在步驟3)制備得到的級聯型活性層上制作出陷光結 構，其過程包括：
[0015] 首先將步驟3)得到的帶有活性層的IT0導電玻璃放入壓印機，設定加壓溫度為 110~125°C，保壓溫度為130~150°C，泄壓溫度為30~60°C;加壓時間為5~lOmin，保 壓時間為10~20min，泄壓時間為5~lOmin，從而在級聯型活性層上制得金字塔（四棱 錐）型陣列；金字塔的底端邊長40~60皿、排列周期40~60皿、高度40~60皿，納米熱 壓印的模板為倒金字塔結構，采用石英基片作為模版，使用紫外光刻刻蝕出其結構。
[0016] 5)空穴傳輸層的制備及電極的制備
[0017] 在壓強2X 1〇-4~5X 10 -4Pa條件下，在具有金字塔型陣列的級聯活性層表面蒸鍛 Mo化（國藥集團化學試劑有限公司）空穴傳輸層，厚度為3~5皿，生長速度為化3~1 A化；
[0018] 最后在Mo化空穴傳輸層上，在3X 10 ―4~5X 10 -中a下蒸鍛Ag(國藥集團化學試劑 有限公司）電極，厚度為80~150nm，生長速度為1~5 A/S，從而得到本發明所述的基于納米 熱壓印技術的反型陷光結構級聯型有機太陽能電池。
【附圖說明】
[0019] 圖1 ;本發明所述有機太陽能電池的結構示意圖；
[0020] 圖2 ;本發明制備的反型有機太陽能電池其陷光結構示意圖；
[0021] 圖3;本發明制備的反型有機太陽能電池其級聯結構活性層示意圖；
[002引圖4 ;本發明制備的反型有機太陽能電池J-V特性；
[002引如圖1所示，11為IT0導電玻璃襯底，12為Ti02電子傳輸層、13為活性層、14為Mo03空穴傳輸層、15為Ag電極。
[0024]如圖2所示，本發明制備的反型有機太陽能電池其陷光結構示意圖，該結構為金 字塔型納米陣列，采用納米壓印在活性層上壓印制得，能夠利用活性層對太陽光的反射增 強光的利用。
[002引如圖3所示，本發明制備的反型有機太陽能電池其級聯結構活性層示意圖，31為 IT0導電玻璃襯底，32為Ti02電子傳輸層、33為給體材料A、34為給體材料B，35為給體材 料C，36為受體材料，37為Mo化空穴傳輸層、38為Ag電極。
[002引如圖4所示，本發明制備的反型有機太陽能電池不同活性層厚度電池J-V特性，對 應 A、B、C、D、E 厚度分別為 200nm、250nm、300nm、350nm、400nm，圖中可 W看出 300nm 厚度活 性層得到較大的短路電流，填充因子也較高。
【具體實施方式】
[0027] (1)將商業化的IT0導電玻璃放入燒杯，依次使用丙酬，己醇，去離子水分別超聲 清洗15分鐘，清洗過后的IT0采用氮氣槍吹干，放入培養皿中待用。
[002引 似采用溶膠凝膠方法在IT0表面制備一層Ti化薄膜，其具體過程包括違溫25°C 下，將lOmL的鐵酸四了醋（北京益利化工廠）滴加到裝有60mL的無水己醇（北京化工廠） 的錐形瓶中，攬拌60分鐘（定時恒溫磁力攬拌器），再滴加l