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制備有機太陽能電池的方法及制備其薄膜的裝置的制作方法

文檔序號:7035971閱讀:289來源:國知局
專利名稱:制備有機太陽能電池的方法及制備其薄膜的裝置的制作方法
技術領域
本發明屬于有機光伏技術領域有機太陽能電池的構造與制備,具體涉及一種有機太陽能電池的方法及制備其薄膜的裝置。
背景技術
太陽能是一種取之不盡用之不竭的綠色能源,但是如何將太陽能轉化為其他形式的能量并存儲起來成為一個關鍵問題。太陽能電池是一種將太陽能直接轉化為電能的裝置,目前太陽能電池主要可以分為無機太陽能電池和有機太陽能電池兩大種類。無機太陽能電池的光電轉化效率高,但其生產工藝復雜,材料價格昂貴難以大面積推廣使用。有機太陽能電池具備制備工藝簡單、合成較容易,材料價格低廉、制備過程中無污染、可制備于柔性襯底等諸多優點,從而成為關注重點和研究熱點。近年來隨著研究不斷深入,其能量轉化效率快速提升,目前報道的聚合物太陽能電池最高轉換效率已經超過9%。有機太陽能電池是未來發展的趨勢,它在光伏市場上將扮演越來越重要的角色,并最終成為市場的主導。在有機太陽能電池中有源層吸收光子轉化為激子,激子的擴散距離大概只有IOnm 左右,而有源層的厚度又決定著其對太陽光的吸收能力,因此必須制備出致密的超薄有源層,在增大吸收的同時又不至于使激子大量猝滅。由旋涂、蒸鍍、噴墨等方法制備出的薄膜都不夠致密,需要經過后期處理來提高致密度,并且這些方法都嚴重浪費材料。以旋涂法為例,制備過程中有超過2/3都將被甩離ITO玻璃襯底,最終留下的不到原溶液的1/3。浸漬涂覆法制備過程中,需要大量的有機溶液才能使ITO玻璃襯底完全浸入其中,造成了原料的極大浪費;而且此方法將ITO玻璃襯底的雙面都制備了有機薄膜,這不僅浪費了原料,也會導致使用時難以識別有效面,而且在實際應用時無效面的薄膜還會影響ITO襯底的透光性,對器件的性能造成了極大影響。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是,有機薄膜制備過程中有機材料浪費嚴重、所制薄膜致密性差的問題。提供一種制備有機太陽能電池的方法及制備其薄膜的裝置。本發明的技術方案一種制備電池薄膜的裝置,該裝置包括襯底支架、馬達、溶液池、牽引繩、牽引輪。牽引輪固定在馬達軸上,牽引繩的一端固定并繞在牽引輪上,牽引繩的另一端與襯底支架連接;襯底支架置于溶液池的上方。一種制備有機太陽能電池的方法,該制備方法包括步驟一將清洗干凈的ITO玻璃襯底用氮氣吹干,并紫外臭氧處理IOmin ;步驟二制備有機太陽能電池薄膜;步驟三蒸鍍Al電極后,置于120°C的加熱臺上,退火處理lOmin,制得有機太陽能電池;
所述的步驟二中,制備有機太陽能電池薄膜的方法包括步驟一把濃度分別為2 15mg/ml的聚三己基噻酚富勒烯衍生物或2_甲氧基-5-(2’_乙基己氧基)-1,4_對苯乙炔富勒烯衍生物的氯仿溶液,按配比為0.5 1 1 0.5制成的有機溶液倒入溶液池中;步驟二將清洗干凈的ITO玻璃襯底固定在水平放置的襯底支架上,且使ITO面朝下;步驟三啟動馬達,使ITO玻璃襯底沿豎直方向以速率1 3mm/s勻速接近有機溶液,直到ITO面浸入溶液池的溶液中;步驟四保持靜止浸泡狀態10 30秒,再通過馬達帶動襯底支架使ITO玻璃襯底沿豎直方向以1 2mm/s速度離開溶液表面;步驟五當ITO玻璃襯底完全從溶液中脫離后,將ITO玻璃襯底從水平方向放置調整為豎直方向放置,保持靜止7 lOmin,使溶劑自然蒸發,得到有機太陽能電池薄膜。本發明的有益效果本發明采用了豎直浸入的方式制備有機薄膜。其中清洗干凈的ITO玻璃襯底平面與其運動方向互相垂直。這樣,溶液池中只需極少量的有機溶液即可完成與ITO玻璃襯底的大面積接觸,制備效率大大提高,同時節約了原料溶液,避免了資源的浪費。在馬達帶動襯底支架的控制下,ITO玻璃襯底可與有機溶液充分而均勻地接觸,提高了所制備有機薄膜的穩定性。發明所述的方式制備有機薄膜,比傳統的制備工藝節約了大量原料,綠色低碳, 大大提高了制備效率,操作簡便易行,可用于大規模工業化生產。


圖1制備有機太陽能電池薄膜的裝置。圖中ITO玻璃襯底1、襯底支架2、馬達3、溶液池4、牽引繩5、牽引輪6。圖2.在不同聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度下制備的有機太陽能電池在光照下獲得的電流密度-電壓曲線。圖中聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度分別為ang/ml,配比為1 1 (實心正方形曲線);聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度分別為5mg/ml配比為1 1(實心五角星曲線);聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度分別為10mg/ml配比為1 1(實心菱形曲線);聚三己基噻酚、富勒烯衍生物濃度分別為ang/ml配比為1 1(實心三角形曲線)。
具體實施例方式制備有機太陽能電池薄膜的裝置,該裝置包括襯底支架2、馬達3、溶液池4、牽引繩5、牽引輪6。牽引輪6固定在馬達3軸上,牽引繩5的一端固定并繞在牽引輪6上,牽引繩5的另一端與襯底支架2連接;襯底支架2置于溶液池4的上方。—種制備有機太陽能電池的方法之一,該制備方法包括步驟一將ITO玻璃襯底1依次浸泡于丙酮、乙醇、去離子水溶液中,用超聲波清洗儀清洗。清洗干凈后用氮氣吹干,將干燥的ITO玻璃襯底表面用紫外臭氧(氧等離子體) 處理IOmin ;CN 102544381 A步驟二在步驟一處理后的ITO玻璃襯底1上,制備有機太陽能電池薄膜;步驟三將制得有機太陽能電池薄膜的ITO玻璃襯底1放置在真空腔中的襯底支架的凹槽中,并將Al放置在真空腔中的蒸發源中;對真空腔抽真空,使真空度達到10_5帕;使ITO玻璃襯底1旋轉速率為0. 25轉/秒;加熱蒸發源,控制蒸發速率為0.2納米/秒,制得厚度為100納米的Al電極;蒸鍍Al電極后,將器件置于120°C的加熱臺上,退火處理lOmin,制得有機太陽能電池。所述的步驟二中,制備有機太陽能電池薄膜的方法包括步驟一把濃度分別為ang/ml的聚三己基噻酚富勒烯衍生物(P3HT PCBM)的氯仿溶液,按質量配比為0. 5 1均勻混合制成的有機溶液倒入溶液池4中;步驟二將清洗干凈的ITO玻璃襯底1固定在水平放置的襯底支架2上,且使ITO 面朝下;步驟三啟動馬達3,使ITO玻璃襯底1沿豎直方向以速率lmm/s勻速接近有機溶液,直到ITO面浸入溶液池4的溶液中;步驟四保持靜止浸泡狀態10秒,再通過馬達3帶動襯底支架2使ITO玻璃襯底1 沿豎直方向以lmm/s速度離開溶液表面;步驟五當ITO玻璃襯底1完全從溶液中脫離后,將ITO玻璃襯底1從水平方向放置調整為豎直方向放置,保持靜止7min,使溶劑自然蒸發,得到有機太陽能電池薄膜,厚度為 200nm。一種制備有機太陽能電池的方法之二,該制備方法包括步驟一將ITO玻璃襯底1依次浸泡于丙酮、乙醇、去離子水溶液中,用超聲波清洗儀清洗。清洗干凈后用氮氣吹干,將干燥的ITO玻璃襯底表面用紫外臭氧(氧等離子體) 處理IOmin ;步驟二在步驟一處理后的ITO玻璃襯底1上,制備有機太陽能電池薄膜;步驟三將制得有機太陽能電池薄膜的ITO玻璃襯底1放置在真空腔中的襯底支架的凹槽中,并將Al放置在真空腔中的蒸發源中;對真空腔抽真空,使真空度達到10_5帕;使ITO玻璃襯底1旋轉速率為0. 25轉/秒;加熱蒸發源,控制蒸發速率為0.2納米/秒,制得厚度為100納米的Al電極;蒸鍍Al電極后,將器件置于120°C的加熱臺上,退火處理lOmin,制得有機太陽能電池。所述的步驟二中,制備有機太陽能電池薄膜的方法包括步驟一把濃度分別為15mg/ml的2_甲氧基-5-2’-乙基己氧基-1,4_對苯乙炔 富勒烯衍生物(MEH-PPV PCBM)的氯仿溶液,按質量配比為1 0.5均勻混合制成的有機溶液倒入溶液池4中;步驟二將清洗干凈的ITO玻璃襯底1固定在水平放置的襯底支架2上,且使ITO 面朝下;步驟三啟動馬達3,使ITO玻璃襯底1沿豎直方向以速率3mm/s勻速接近有機溶液,直到ITO面浸入溶液池4的溶液中;步驟四保持靜止浸泡狀態30秒,再通過馬達3帶動襯底支架2使ITO玻璃襯底1 沿豎直方向以2mm/s速度離開溶液表面;步驟五當ITO玻璃襯底1完全從溶液中脫離后,將ITO玻璃襯底1從水平方向放置調整為豎直方向放置,保持靜止lOmin,使溶劑自然蒸發,得到有機太陽能電池薄膜,厚度為 150nmo圖2為在四種不同的聚三己基噻酚、富勒烯衍生物氯仿溶液的濃度條件下制備的有機太陽能電池,在光照下獲得的電流密度-電壓曲線。采用本專利所敘述的方法制備的 4種有機太陽能電池都顯示了一定的光伏特性。當外加電壓為零時,回路中會產生1. 5 4mA/cm2不等的電流;當回路中電流為零時,開路電壓均為0. 6V。
權利要求
1.一種制備有機太陽能電池薄膜的裝置,其特征是,該裝置包括襯底支架O)、馬達 (3)、溶液池(4)、牽引繩(5)、牽引輪(6);牽引輪(6)固定在馬達(3)軸上,牽引繩(5)的一端固定并繞在牽引輪(6)上,牽引繩 (5)的另一端與襯底支架(2)連接;襯底支架( 置于溶液池的上方。
2.一種制備有機太陽能電池的方法,該制備方法包括步驟一將清洗干凈的ITO玻璃襯底用氮氣吹干,并紫外臭氧處理IOmin ; 步驟二制備有機太陽能電池薄膜;步驟三蒸鍍Al電極,之后,置于120°C的加熱臺上,退火處理lOmin,制得有機太陽能電池;其特征是,所述的步驟二中,制備有機太陽能電池薄膜的方法包括 步驟一把濃度分別為2 15mg/ml的聚三己基噻酚富勒烯衍生物或2-甲氧基-5-(2’_乙基己氧基)-1,4_對苯乙炔富勒烯衍生物的氯仿溶液,按配比為0.5 1 1 0.5制成的有機溶液倒入溶液池中;步驟二將清洗干凈的ITO玻璃襯底(1)固定在水平放置的襯底支架( 上,且使ITO 面朝下;步驟三啟動馬達( ,使ITO玻璃襯底(1)沿豎直方向以速率1 3mm/s勻速接近有機溶液,直到ITO面浸入溶液池(4)的溶液中;步驟四保持靜止浸泡狀態10 30秒,再通過馬達C3)帶動襯底支架( 使ITO玻璃襯底(1)沿豎直方向以1 2mm/s速度離開溶液表面;步驟五當ITO玻璃襯底(1)完全從溶液中脫離后,將ITO玻璃襯底(1)從水平方向放置調整為豎直方向放置,保持靜止7 lOmin,使溶劑自然蒸發,得到有機太陽能電池薄膜。
全文摘要
制備有機太陽能電池的方法及制備其薄膜的裝置,屬于有機光伏技術領域。解決了制備過程中有機材料浪費嚴重、所制薄膜致密性差的問題。制備薄膜的方法包括把濃度分別為2~15mg/ml的聚三己基噻酚∶富勒烯衍生物或2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1,4-對苯乙炔∶富勒烯衍生物的氯仿溶液,倒入溶液池(4)中;使ITO玻璃襯底(1)沿豎直方向以速率1~3mm/s勻速接近有機溶液,直至浸入溶液中;浸泡10~30秒,再沿豎直方向以1~2mm/s速度離開溶液表面,將ITO玻璃襯底(1)從水平方向放置調整為豎直方向放置7~10min,得到有機太陽能電池薄膜。比傳統的制備工藝節約了大量原料,綠色低碳,大大提高了制備效率,操作簡便易行,可用于大規模工業化生產。
文檔編號H01L51/44GK102544381SQ201210006158
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者張福俊, 曙光, 李凌亮, 楊雪蓮, 管昌榮, 辛宇圣 申請人:北京交通大學
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