專利名稱：一種包括電子傳輸層的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電器件領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能電池。
背景技術(shù)：
隨著全球能源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日漸枯竭，人們對風(fēng)能、太陽能等可再生資源投入了更多的關(guān)注和研究，其中基于光伏效應(yīng)的太陽能電池是其中的熱點之一。目前，市場上成熟的太陽電池主要為基于單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、磷化銦以及多晶膜化合物半導(dǎo)體等無機太陽能電池，其中，多晶硅和非晶硅太陽能電池在民用太陽能電池市場上占主導(dǎo)地位。經(jīng)過五十余年的發(fā)展，無機單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)由發(fā)明之初的6%，提高到目前的最高效率可達30%以上，但是由于無機半導(dǎo)體太陽電池對材料純度的要求非常高，且價格昂貴，因此其應(yīng)用受到很大限制。1986年，美國柯達公司首次在同一器件中引入給體和受體材料，形成異質(zhì)結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率達到1%，標(biāo)志著有機半導(dǎo)體制備的光伏器件取得突破。1992年Sariciftci等在對MEH-PPV/C6Q復(fù)合體系的研究中發(fā)現(xiàn)二者在基態(tài)沒有相互作用，但是C6tl對MEH-PPV的熒光卻有很強的猝滅作用，并提出體系中存在光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移過。人們對不同的復(fù)合體系進行深入研究，證明了光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的存在。這一過程在幾個皮秒內(nèi)完成，可以有效地阻止光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴再發(fā)生復(fù)合。光誘導(dǎo)電荷快速能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是聚合物太陽電池理論方面的重大突破，為聚合物太陽電池效率的提高提供了理論支持。1995年俞鋼等人通過將電子給體材料與受體材料共混，制得共軛聚合物MEH-PPV和碳60互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的太陽電池，其能量轉(zhuǎn)換效率達到2. 9%。在這種體系中，電子給體材料與受體材料形成雙連續(xù)的互穿網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)大大增大了二者界面面積，使異質(zhì)結(jié)更加分散，這種將異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)分散到整個活性層的結(jié)構(gòu)，實際上將整個活性層變?yōu)橐粋€大的本體異質(zhì)結(jié)，從而在活性層中的任何位置均可產(chǎn)生電荷。只要各相材料形成從二者界面到各自電極的連續(xù)通道，那么，由光子到電子的轉(zhuǎn)換效率可以得到很大的提高。這就是人們常說的太陽能電池。體異質(zhì)結(jié)概念產(chǎn)生克服了單層、雙層/多層器件的結(jié)構(gòu)缺陷。由于電子給體與電子受體各自形成網(wǎng)絡(luò)狀連續(xù)相，光誘導(dǎo)所產(chǎn)生的電子與空穴分別在各自的相中輸運并在相應(yīng)的電極上被收集，光生載流子在到達相應(yīng)的電極前被重新復(fù)合的幾率大大降低，從而提高了光電流。這樣，體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)就能大幅度的提高光電能量轉(zhuǎn)換效率。如今，體異質(zhì)結(jié)概念已廣泛用于基于聚合物的太陽電池，能量轉(zhuǎn)換效率已能達到5%以上，其具有誘人的發(fā)展方向。但是，目前有機太陽電池的開路電壓一般只能達到O. 6(T0. SOeV左右，距離商業(yè)化還有一段較大的距離。因此，如何獲得高效率更高，性能更穩(wěn)定的有機太陽能電池，實現(xiàn)其商業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用于目前無機太陽電池所應(yīng)用的所有領(lǐng)域，是本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的很大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種包括電子傳輸層的太陽能電池，其同時具有較高的開路電壓，從而具有良好的器件性能。本發(fā)明的包括電子傳輸層的太陽能電池包括依次層疊的襯底、陽極、活性層和陰極，其中，在活性層與陰極之間設(shè)電子傳輸層，所述電子傳輸層的材料是一種單體具有結(jié)構(gòu)式(I)的聚合物，其聚合物η為I 300之間的任意整數(shù)，
權(quán)利要求
1.一種包括電子傳輸層的太陽能電池，包括依次層疊的襯底、陽極、活性層和陰極，其特征在于， 在活性層與陰極之間設(shè)有電子傳輸層，所述電子傳輸層的材料是一種單體具有結(jié)構(gòu)式(I)的聚合物，其聚合物n為I 300之間的任意整數(shù)，
2.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，所述A為取代苯基II時，其中RnR2,R3, R4分別獨立地指氫、鹵素、羥基、胺基、甲基、乙基。所述R1, R2, R3和R4中優(yōu)選至少有一個為羥基或胺基，所述羥基或胺基進一步取代成其相應(yīng)的磷酸酯、羧酸酯、磺酸酯、酰胺、肽類及相應(yīng)的有機鹽或無機鹽類衍生物。
3.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，所述A為取代苯基III時，其中R5,R6, R7, R8分別獨立地指氫、鹵素、羥基、胺基、甲基、乙基、芐基、烷氧基、硝基、酰氧基或酰胺基，且R5, R6, R7, R8不同時為氫。所述R5, R6, R7和R8中優(yōu)選至少有一個為羥基或胺基，所述羥基或胺基進一步取代成其相應(yīng)的磷酸酯、羧酸酯、磺酸酯、酰胺、肽類及相應(yīng)的有機鹽或無機鹽類衍生物。
4.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，所述A為取代雜環(huán)IV或取代雜環(huán)V時，R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18分別獨立選自氫、鹵素、羥基、胺基、取代胺基、氰基、燒基、燒氧基。
5.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，所述電子傳輸層的材料為 3，4，5-三甲氧基-I-[(3-氨基-4-硝基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-I-[(3-乙酰胺基-4-硝基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-I-[(3-硝基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-I-[(3-氨基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3，4，5_三甲氧基-l-[(3-氟-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3.4,5- 二甲氧基_1_[ (4-乙氧基苯基)硫代]苯， 3.4,5- 二甲氧基_1_[ (3-節(jié)氧基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 5_ 二氣甲基_2_[ (3,4, 5_ 二甲氧基苯基)硫代]卩比唳， 3-[(3，4，5_三甲氧基苯基)硫代]苯并噻吩-2-甲酸甲酯， 2-芴甲氧酰胺基-3-乙酰氧基-N-[2-甲氧基-5- (3,4,5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺， 2_氨基-3-羥基-N-[2-甲氧基-5-(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺，或者 3.4,5- 二甲氧基-1-[ (3-輕基-4_甲氧基苯基)硫代]苯。
6.如權(quán)利要求I 5中任一項所述的太陽能電池，其特征在于，襯底的材料為玻璃、柔性高分子或金屬基材。
7.如權(quán)利要求I 5中任一項所述的太陽能電池，其特征在于，陽極的材料為金屬氧化物或含有摻雜物的金屬氧化物。
8.如權(quán)利要求I 5中任一項所述的太陽能電池，其特征在于，活性層包括層疊而成的電子給體材料和電子受體材料，其中電子給體材料為共軛聚合物或有機小分子半導(dǎo)體材料，電子受體材料為碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物或者無機半導(dǎo)體納米顆粒。
9.如權(quán)利要求I 5中任一項所述的太陽能電池，其特征在于，陰極的材料為不透光金屬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括電子傳輸層的太陽能電池，包括依次層疊的襯底、陽極、活性層和陰極，其中，在活性層與陰極之間設(shè)電子傳輸層，所述電子傳輸層的材料是一種單體具有結(jié)構(gòu)式(I)的聚合物，其聚合物n為1～300之間的任意整數(shù)，A選自結(jié)構(gòu)式II所示的4-硝基取代的取代苯基、結(jié)構(gòu)式III所示的4-烷氧基取代的取代苯基、結(jié)構(gòu)式IV所示的取代雜環(huán)或結(jié)構(gòu)式V所示的取代雜環(huán)。該電池具有較高的開路電壓和良好的器件性能。
文檔編號H01L51/42GK102969449SQ20121047192
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者張俊, 叢國芳 申請人:溧陽市生產(chǎn)力促進中心