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氯化钠修饰反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-04-03
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-09-28
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-11-02
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-04-03
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810290236.1 申请日 2018-04-03
公开/公告号 CN108493342B 公开/公告日 2021-11-02
授权日 2021-11-02 预估到期日 2038-04-03
申请年 2018年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 H01L51/42H01L51/44H01L51/48 主分类号 H01L51/42
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 2
权利要求数量 3 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 青岛大学 当前专利权人 青岛大学
发明人 沈文飞、唐建国、黄林军、卜凡晨、刘继宪 第一发明人 沈文飞
地址 山东省青岛市崂山区香港东路7号 邮编 266071
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 山东省 申请人所在市 山东省青岛市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
上海旭诚知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
郑立
摘要
本发明公开了一种氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法,本发明的聚合物太阳能电池以透明导电玻璃ITO为阴极,以氯化钠修饰后的ZnO为阴极缓冲层,以光活性材料为光活性层,以MoO3为阳极缓冲层,以Ag为金属阳极。本发明通过提高载流子向阴极的传输能力,进而提高了反型结构聚合物太阳能电池的填充因子和光电转化效率,优化了其性能。
  • 摘要附图
    氯化钠修饰反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法
  • 说明书附图:图1
    氯化钠修饰反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法
  • 说明书附图:图2
    氯化钠修饰反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-11-02 授权
2 2018-09-28 实质审查的生效 IPC(主分类): H01L 51/42 专利申请号: 201810290236.1 申请日: 2018.04.03
3 2018-09-04 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物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:
步骤1、先用洗涤液润湿的无尘布将ITO玻璃表面擦拭一遍,将表面的灰尘等大颗粒异物清洗掉,然后依次用洗涤液、去离子水、丙酮、去离子水、异丙醇各超声一段时间后,用氮气枪把表面异丙醇吹干,最后对ITO玻璃做打氧处理,进一步清洗表面的残留有机物,以提高旋涂成膜的质量,将清洗彻底的ITO玻璃避尘保存备用;
步骤2、将0.8~2.95g醋酸锌加入到50~125ml的甲醇中,并在60~68℃条件下持续加热搅拌,然后在室温下,将0.6~1.49g的氢氧化钾加入到30~65ml的甲醇中,搅拌至完全溶解后,以0.1ml/5s的速度滴加到上述醋酸锌的甲醇溶液中,并继续在60~68℃条件下加热搅拌反应2~3个小时,待反应结束后将制得的ZnO甲醇混合溶液静置,用甲醇洗涤2~3次后,分散到30~75ml正丁醇、2~3ml甲醇和2~3ml三氯甲烷的混合溶液中,避光保存备用;
在室温下,配置摩尔浓度为1.7×10‑3~1.7×10‑6M的氯化钠的甲醇溶液,将所制备的ZnO和氯化钠溶液按体积比1:4的比例混合,将所得的混合溶液以1500~3000rpm的转速旋涂在导电阴极ITO上,然后放在加热板上,在150~200℃的条件下退火处理20~30min后得到NaCl@ZnO的阴极缓冲层,厚度为20~40nm;
步骤3、将给体材料PTB7‑Th和受体材料PC71BM按1:1.5的质量比进行混合,然后加入有机溶剂中,在60~80℃条件下,磁力搅拌12~24小时,配置成均匀的浓度为8~15mg/ml的混合溶液;然后将混合溶液旋涂在所述阴极缓冲层上,旋涂速度为1000~1600rpm,得到光活性层,厚度为50~100nm;
步骤4、在所述光活性层上蒸镀MoO3阳极缓冲层,厚度为3~5nm;
步骤5、在所述MoO3阳极缓冲层上继续蒸镀厚度为90~120nm的Ag作为金属阳极。

2.如权利要求1所述的氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述步骤3中的所述有机溶剂为二氯苯。

3.如权利要求1所述的氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述步骤4和所述步骤5是在多源有机气相分子沉积系统中完成。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及聚合物太阳能电池技术领域,尤其涉及一种利用氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

[0002] 自工业革命以来,受益于技术改革的快速发展,人类社会取得了极大的进步,但是,能源短缺和环境污染严重的问题日益成为遏制人类发展的关键性问题。面对能源问题和环境污染的双重挑战,杜绝浪费是关键,但是要从根本上解决问题,开发和利用清洁无污染的新能源无疑是理想对策,也是当前世界的研究热点。而太阳能就是一种理想的新能源,清洁、无污染,并且储量巨大,取之不尽,用之不竭,应用前景广阔。
[0003] 太阳能的应用非常广泛,将其转换为电能便是重要途径之一,可以有效地解决环境污染和能源危机的问题。而聚合物太阳能电池作为将太阳能转换为电能的器件,因其较低的成本、简单的制作工艺、易工业化生产等突出优点,备受海内外专家学者的重视和关注。但是聚合物太阳能电池能量转换效率低的问题一直困扰着科学家们,而聚合物材料中激子的产生效率、空穴和电子分离的几率以及载流子向电极传输的能力都是影响聚合物太阳能电池效率的关键方面。
[0004] 因此,本领域的技术人员致力于开发一种新型的太阳能电池及其制备方法,该方法有利于改善活性层和阴极缓冲层的界面接触性能,提高载流子向阴极的传输能力,进而提高了反型结构聚合物太阳能电池的填充因子和光电转化效率,优化了其性能。

发明内容

[0005] 有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是如何提高反型结构聚合物太阳能电池的填充因子和光电转化效率,优化其性能。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供了一种反型结构聚合物太阳能电池,包括以透明导电玻璃ITO为阴极,以氯化钠修饰后的ZnO为阴极缓冲层,以聚合物为光活性层,以MoO3为阳极缓冲层,以Ag为金属阳极。
[0007] 进一步地,所述阴极缓冲层的厚度为20~40nm。
[0008] 进一步地,所述光活性层的厚度为50~100nm。
[0009] 进一步地,所述阳极缓冲层的厚度为3~5nm。
[0010] 进一步地,所述金属阳极的厚度为90~120nm。
[0011] 进一步地,所述光活性层中的给体材料为PTB7‑Th(poly[4,8‑bis(5‑(2‑ethylhexyl)thiophen‑2‑yl)benzo[1,2‑b;4,5‑b']dithiophene‑2,6‑diyl‑alt‑(4‑(2‑ethylhexyl)‑3‑fluorothieno[3,4‑b]thiophene‑)‑2‑carboxylate‑2‑6‑diyl)])。
[0012] 进一步地,所述光活性层中的受体材料为PC71BM(pheny‑C71‑butyric acid methyl eater富勒烯衍生物)。
[0013] 本发明也提供了一种反型结构聚合物太阳能电池的制备方法,所述方法包括以下步骤:
[0014] 步骤1、先用洗涤液润湿的无尘布将ITO玻璃表面擦拭一遍,将表面的灰尘等大颗粒异物清洗掉,然后依次用洗涤液、去离子水、丙酮、去离子水、异丙醇各超声一段时间后,用氮气枪把表面异丙醇吹干,最后对ITO玻璃做打氧处理,进一步清洗表面的残留有机物,以提高旋涂成膜的质量,将清洗彻底的ITO玻璃避尘保存备用;
[0015] 步骤2、将0.8~2.95g醋酸锌加入到50~125ml的甲醇中,并在60~68℃条件下持续加热搅拌,然后在室温下,将0.6~1.49g的氢氧化钾加入到30~65ml的甲醇中,搅拌至完全溶解后,以0.1ml/5s的速度滴加到上述醋酸锌的甲醇溶液中,并继续在60~68℃条件下加热搅拌反应2~3个小时,待反应结束后将制得的ZnO甲醇混合溶液静置,用甲醇洗涤2~3次后,分散到30~75ml正丁醇、2~3ml甲醇和2~3ml三氯甲烷的混合溶液中,避光保存备用;在室温下,配置摩尔浓度为1.7×10‑3~1.7×10‑6M的氯化钠的甲醇溶液,将所制备的ZnO和氯化钠溶液按体积比1:4的比例混合,将所得的混合溶液以1500~3000rpm的转速旋涂在所述导电阴极ITO上,然后放在加热板上,在150~200℃的的条件下退火处理20~30min后得到NaCl@ZnO的所述阴极缓冲层,厚度为20~40nm;
[0016] 步骤3、将给体材料PTB7‑Th和受体材料PC70BM按1:1.5的质量比进行混合,然后加入有机溶剂中,在60~80℃条件下,磁力搅拌12~24小时,配置成均匀的浓度为8~15mg/ml的混合溶液;然后将混合溶液旋涂在所述阴极缓冲层上,旋涂速度为1000~1600rpm,得到所述光活性层,厚度为50~100nm;
[0017] 步骤4、在所述光活性层上蒸镀所述MoO3阳极缓冲层,厚度为3~5nm;
[0018] 步骤5、在所述MoO3阳极缓冲层上继续蒸镀厚度为90~120nm的Ag作为所述金属阳极。
[0019] 进一步地,所述步骤3中的所述有机溶剂为二氯苯。
[0020] 进一步地,所述步骤4和所述步骤5是在多源有机气相分子沉积系统中完成。
[0021] 本发明所描述的器件结构采用的是典型的反型结构。太阳能电池的阴极缓冲层为通过氢氧化钾还原醋酸锌制备的ZnO颗粒。通过采用氯化钠与上述制备的ZnO颗粒简单溶液混合后再旋涂在透明导电玻璃ITO表面的方法,在充分利用氯化钠较强的电负性和吸电子能力的基础上,达到钝化ZnO阴极缓冲层氧空位的目的。该方法有利于改善活性层和阴极缓冲层的界面接触性能,提高载流子向阴极的传输能力,进而提高了反型结构聚合物太阳能电池的填充因子和光电转化效率,优化了其性能。
[0022] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

实施方案

[0025] 以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例,使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0026] 如图1所示,一种反型结构聚合物太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:首先将清洗彻底的透明导电ITO玻璃作为阴极,然后用氯化钠修饰后的ZnO旋涂在导电阴极ITO上,得到阴极缓冲层,再将给体材料PTB7‑Th和受体材料PC71BM按1:1.5的质量比进行混合,然后加入有机溶剂中,配置成均匀的浓度为8~15mg/ml的混合溶液,再将混合溶液旋涂在阴极缓冲层上,得到光活性层;最后在光活性层上蒸镀MoO3阳极缓冲层,然后在MoO3阳极缓冲层上继续蒸镀Ag作为金属阳极,从而制备完成一种利用氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
[0027] 实施例一
[0028] (1)先用洗涤液润湿的无尘布将ITO表面擦拭一遍,然后依次用洗涤液、去离子水、丙酮、去离子水、异丙醇各超声15分钟后,干燥氮气吹干,并对ITO表面做打氧处理;
[0029] (2)将1.475g醋酸锌加入到67.5ml的甲醇中,在66℃条件下加热搅拌溶解;在室温下,将0.74g的氢氧化钾加入到37.5ml的甲醇中,搅拌至完全溶解后,以0.1ml/5s的速度滴加到上述醋酸锌的甲醇溶液中,并在66℃条件下加热搅拌反应2.5个小时,待反应结束后将制得的ZnO甲醇混合溶液静置,用甲醇洗涤2次后,分散到35ml正丁醇、2.5ml甲醇和2.5ml三‑5氯甲烷的混合溶液中,避光保存备用。在室温下,配置摩尔浓度为1.7×10 M的氯化钠的甲醇溶液,将所制备的ZnO和氯化钠溶液按体积比1:4的比例混合,将所得的混合溶液以
2000rpm的转速旋涂在导电阴极上,然后放在加热板上,在160℃的的条件下退火处理20min后得到NaCl@ZnO的阴极缓冲层;
[0030] (3)将给体材料PTB7‑Th和受体材料PC70BM按1:1.5的质量比进行混合溶解到二氯苯中,在80℃条件下,磁力搅拌12个小时后以1600rpm的旋涂速度旋涂在阴极缓冲层上,得到光活性层,厚度为100nm;
[0031] (4)将样品取出转移到热蒸发系统,通过真空蒸镀的方法在光活性层上蒸镀一层MoO3作为阳极缓冲层,厚度为4nm,蒸镀速率为0.02nm/s;
[0032] (5)在MoO3阳极缓冲层上继续蒸镀厚度为100nm的Ag作为阳极,蒸镀速率为1nm/s,从而制备完成了一种利用氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
[0033] 图2为实施例一制备的利用氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池2
与对比器件在100mw/cm 的AM1.5G标准太阳光照下测得的V‑I特性曲线;使用的是
2Keithley,SMU2420数字源表。如图2所示,曲线a表示未利用氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的光电流密度‑电压曲线,曲线b表示利用氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池的光电流密度‑电压曲线。从图中可以清晰看到,本发明采用氯化钠修饰阴极传输层的方法有效提高了太阳能电池的性能。
[0034] 实施例二
[0035] (1)先用洗涤液润湿的无尘布将ITO表面擦拭一遍,然后依次用洗涤液、去离子水、丙酮、去离子水、异丙醇各超声15分钟后,干燥氮气吹干,并对ITO表面做打氧处理;
[0036] (2)将2.3g醋酸锌加入到120ml的甲醇中,在67℃条件下加热搅拌溶解;在室温下,将1.3g的氢氧化钾加入到60ml的甲醇中,搅拌至完全溶解后,以0.2ml/5s的速度滴加到上述醋酸锌的甲醇溶液中,并在67℃条件下加热搅拌反应3个小时,待反应结束后将制得的ZnO甲醇混合溶液静置,用甲醇洗涤3次后,分散到35ml正丁醇、2.5ml甲醇和2.5ml三氯甲烷‑6的混合溶液中,避光保存备用。在室温下,配置摩尔浓度为1.7×10 M的氯化钠的甲醇溶液,将所制备的ZnO和氯化钠溶液按体积比1:4的比例混合,将所得的混合溶液以3000rpm的转速旋涂在导电阴极上,然后放在加热板上,在200℃的的条件下退火处理30min后得到NaCl@ZnO的阴极缓冲层;
[0037] (3)将给体材料PTB7‑Th和受体材料PC71BM按1:1.5的质量比进行混合溶解到二氯苯中,在60℃条件下,磁力搅拌24个小时后以1200rpm的旋涂速度旋涂在阴极缓冲层上,得到光活性层,厚度为80nm;
[0038] (4)将样品取出转移到热蒸发系统,通过真空蒸镀的方法在光活性层上蒸镀一层MoO3作为阳极缓冲层,厚度为4nm,蒸镀速率为0.04nm/s;
[0039] (5)在MoO3阳极缓冲层上继续蒸镀厚度为100nm的Ag作为阳极,蒸镀速率为0.5nm/s,从而制备完成了一种利用氯化钠修饰阴极传输层的反型结构聚合物太阳能电池。
[0040] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

附图说明

[0023] 图1是本发明的一个较佳实施例的制备方法流程图;
[0024] 图2是本发明的一个较佳实施例的光电流密度曲线对比图。
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