一種雙電子傳輸層的新型聚合物太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光電子器件領域，涉及到一種雙電子傳輸層的新型聚合物太陽能電池以及電子傳輸層的處理方式和聚合物太陽能電池的制備方法。
【背景技術】
[0002]在當前能源危機與環境污染兩大問題制約下，合理發展清潔可持續的新能源是未來經濟社會發展的關鍵。太陽能作為一種取之不盡的環保無污染能源，從眾多新能源中脫穎而出。目前市場上主導的是晶體硅太陽能電池，其生產技術已經十分成熟，但晶體硅太陽能電池面臨著材料來源單一，對材料純度品質有著嚴重依賴性，同時，晶體硅太陽能電池生產過程本身就是一個巨大的耗能過程。而聚合物太陽電池則不然，材料來源廣泛、具有良好的加工性，關鍵是有機材料良好的加工性能和延展性能，使得聚合物太陽能電池可以使用卷對卷的生產方式，這將大大縮減生產成本。
[0003]雖然聚合物太陽能電池經過了十多年的高速發展期，光電能量轉換效率得到顯著提高，但距離商業化還有不小的差距，更重要的是其環境穩定性仍然沒有取得決定性的改善。這里，我們利用有機/無機材料優劣互補的方法，開發了疊層結構的雙電子傳輸層，同時利用了快速熱處理的方法對無機材料進行退火處理，改善其結晶性，綜合提高電子傳輸層的導電性，改善器件的能級結構，優化薄膜間的界面接觸，提高電池的光電能量轉換效率。而無機材料的空氣穩定性，也使得器件的壽命取得顯著提高。全溶液法的制備方式，為大規模的商業化生產提供了基礎。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是雙電子傳輸層結構的新型聚合物太陽能電池以及電子傳輸層的處理方式和聚合物太陽能電池的制備方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:
[0006]—種雙電子傳輸層的新型聚合物太陽能電池，其包括:透明導電襯底；雙電子傳輸層，由有機/無機材料疊層構成，且使用優化的快速熱處理方法；聚合物體異質結光吸收層；空穴傳輸層；金屬電極。
[0007]優選的，所述導電襯底為金屬氧化物透明導電薄膜，透明導電襯底為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜，厚度在20-2000納米之間。
[0008]優選的，其選用電子傳輸材料，厚度在20 — 200納米之間，包括無機材料納米氧化鋅和有機半導體材料PFN，PFN勻涂到快速熱處理的納米氧化鋅薄膜上。
[0009]優選的，所述空穴傳輸層厚度在20 - 200納米之間，為氧化鉬、ρ型氧化鋅和氧化鈦，以及P型聚合物，比如poly-Tro，PVK，MEHPPV, TFB, PED0T和它們的衍生物等和ρ型小分子材料，比如TPD，ΝΡΒ和它們的衍生物等。
[0010]優選的，所述可見光吸收材料為低帶隙聚合物和富勒烯衍生物的混合材料，聚合物可選擇如ΡΤΒ7，PTB7-th，PCDTBT等低帶隙供體聚合物，富勒烯衍生物包括PC71BM和ICBA。混合物沉積成膜后，厚度在20-300納米。
[0011]優選的，所述空穴傳輸層厚度在20 - 200納米之間，為氧化鉬、ρ型氧化鋅和氧化鈦，以及P型聚合物，比如poly-Tro，PVK，MEHPPV, TFB, PED0T和它們的衍生物等和ρ型小分子材料，比如TPD，ΝΡΒ和它們的衍生物等。
[0012]優選的，所述金屬導電薄膜選用鎳、鋁、金、銀、銅、鈦、鉻中的一種或多種。
[0013]本發明還公開了一種上述雙電子傳輸層的新型聚合物太陽能電池的制備方法，雙電子傳輸層是利用溶液法依次在透明導電襯底上制備納米氧化鋅薄膜和PFN薄膜，其中氧化鋅膜層使用優化的快速熱處理方法退火，厚度在20-200納米，然后利用溶液法制備聚合物光吸收層，利用真空鍍膜技術制備空穴傳輸層和金屬電極，厚度在20-2000納米之間。
[0014]優選的，所述溶液法包括旋涂法，噴涂法，糟模法。
[0015]優選的，所述快速熱處理方法是使用快速退火爐，在真空環境下對氧化鋅做退火處理，膜層溫度250攝氏度。
[0016]上述技術方案具有如下有益效果:該雙層電子傳輸層結構通過采用高導電性的無機材料，并使用優化的快速熱處理方法退火，使其具有更好的導電性，雙層結構有益于改善能級結構，有機材料PFN有益于膜層界面的接觸，從而在顯著提高光電能量轉換效率的同時，電池的空氣穩定性也得以改善。
[0017]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明實施例的結構示意圖。
[0019]圖2為a依據SKPM測試功函數繪制的能級結構圖；b不同溫度熱處理后ZnO的XRD
圖。；
[0020]圖3為本發明實施例對聚合物太陽能電池與PFN或氧化鋅作為電子傳輸層的聚合物太陽能電池的效率對比圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細介紹。
[0022]如圖1所示，為雙電子傳輸層的新型聚合物太陽能電池的結構示意圖。該器件包括:透明導電襯底1 ;電子傳輸層2，該電子傳輸層是依次使用法將納米氧化鋅和PFN制作到透明導電襯底上的，其中氧化鋅使用優化的快速熱處理方式退火；聚合物光吸收層3 ;空穴傳輸層層4 ;和金屬電極5。
[0023]所述的導電襯底1為氧化物透明導電薄膜，通常為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜，厚度在20-2000納米之間。導電襯底1上面是采用溶液法(泛指一切涂料法，如旋涂法，噴涂法，糟模法等)制備的電子傳輸層2，該功能層是為了提高電子的提取和傳輸，本發明中應用了氧化鋅和PFN的疊層雙電子層結構，其中氧化鋅使用優化的快速熱處理方法退火，顯著提高電子的提取和傳輸。均使用旋涂法，將厚度控制在20-50納米之間。電子傳輸層2上面的聚合物光吸收層3是同樣也是采用溶液法制備的，該功能層是主要是進行可見光的吸收，在本發明中采用的是PTB