一种有机/聚合物太阳电池器件及其制备方法
专利汇可以提供一种有机/聚合物太阳电池器件及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种有机/ 聚合物 太阳 电池 器件及其制备方法。该太阳电池器件包括如下两种结构，其一为由下到上由衬底、 阳极 层、阳极修饰层、 活性层 、 阴极 修饰层和阴极层组成，其二为由下到上由衬底、阴极层、金属 氧 化物、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极层组成；所述阴极修饰层为天然色素或天然色素衍 生物 。所述方法为：将具有 水 /醇溶性的天然色素及其衍生物通过溶液加工的方法制作在正置或者倒置型光伏器件的活性层和阴极之间，从而达到提高有机/高分子太阳电池填充因子、开路 电压 和 能量 转换效率的目的。基于该类天然色素及其衍生物的应用，可以获得高光伏性能的有机/高分子太阳电池器件。，下面是一种有机/聚合物太阳电池器件及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种有机/聚合物太阳电池器件，其特征在于，所述器件结构包括如下两种结构，其一为由下到上由衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层组成，其二为由下到上由衬底、阴极层、金属氧化物、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极层组成；所述阴极修饰层为天然色素或天然色素衍生物。
2.根据权利要求1所述的有机/聚合物太阳电池器件，其特征在于：所述的阴极修饰层的厚度为0.1～100纳米；所述天然色素或天然色素衍生物包括类胡萝卜素类、番茄色素、天然胡萝卜素、混合类胡萝卜素、玉米黄、胭脂俗橙色素、藏红花色素、栀子黄色素、栀子绿色素、辣椒红色素、甜椒红色素、辣椒橙色素、南瓜黄色素、沙棘黄、密蒙黄色素、柑橘披黄色素、苜蓿色素、万寿菊色素、柑橘黄、枸杞色素、银杏黄色素、苦瓜色素、蒲公英色素、牵牛花色素、紫苏色素、紫玉米色素、葡萄皮色素、葡萄汁色素、葡萄皮紫色素、甘草色素、乌拉尔甘草色素、高粱色素、菊花黄色素、红花红色素、红花素、红花黄色素、红花黄、草莓色素、黑莓果天然黑红色素、红球甘蓝、紫甘蓝色素、接骨木色素、萝卜红、越橘红、黑米色素、黑糯米黑色素、黑豆红、黑芝麻色素、黑向日葵籽壳色素、蜀葵花红色素、玫瑰色素、苦水玫瑰色素、玫瑰茄红、紫叶小檗红色素、紫叶小檗叶片红色素、枸树果色素、柚皮色素、杨梅色素、天然苋菜红色素、凌霄花红色素、赤豆批色素、赤豆皮褐色素、洋葱色素、洋葱表皮色素、橡子壳棕、绒花红色素、一串红花色素、月季花红色素、黑加仑色素、紫菜薹色素、紫菜苔色素、桑椹红色素、槐豆胚芽色素、花生衣色素、核桃色素、美洲山核桃色素、紫青芋色素、紫山药色素、红米红、苏木色素、牛油树果色素、蓝锭果红、罗望子色素、薯蓣色素、大理花黄色素、紫荆花红色素、红肉李色素、板栗壳色素、乌饭树果色素、女贞果皮天然紫红色素、地念果红色素、火棘果色素、樱桃色素、雪峰红樱红色素、火炬树色素、紫甘薯红色素、芸豆色素、灵芝色素、桃金娘色素、勾儿茶果色素、河东乌麦色素、紫红薯色素、大花葵色素、紫苕色素、野牡丹色素、杜鹃花色素、山兰红色素、笃斯色素、柚皮苷、茶黄色素、多穗柯棕、儿茶黑色素、金樱子棕、茜草红色素、紫草红、紫草色素、紫蓝红色素、紫草素、虎杖色素、凤仙花红色素、决明子红色素、叶绿酸、叶绿素、叶绿素铜络盐、叶绿素铜、叶绿素铜钠、叶绿酸铁钠盐、叶绿素锌钠、茶绿树、绿茶粉、竹叶色素、菠菜色素、草莓绿色素、甜菜红、商陆色素、落葵红、姜黄色素、黄油树脂、姜黄、酸枣色素、酸枣皮色素、枣红色素、大枣红色素、长叶牛膝色素、焦糖色素、乌贼色素、植物炭黑、可可炭黑、植物油烟炭黑、汤饭子色素、稻绿核菌绿色素、石榴色素、萝卜缨绿色素、红豆皮色素、小豆红色素、苹果皮色素、紫叶变叶木红色素、香蕉果皮色素、紫竹梅色素、海州常山色素、竹蓐色素、樟树叶棕黑色色素、菠萝色素、楮果色素、中草药咖啡色素、栗子皮色素、三叶海棠色素、蕹文莱色素、马蹄皮色素、蓝甸果色素、荷兰菊色素、苔色素、石磊、地衣赤染料萃取物、翠雀灵、米团花色素、三棱柱蜜果天然色素、仙人掌色素、龙眼核棕色素、向日葵花色素、一品红红色素、菊苣色素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、β-阿朴-8-胡萝卜素醛、β-阿朴-8--胡萝卜酸乙酯、叶黄素、叶黄素单胭脂树素酯、叶黄素双胭脂树素酯、胭脂树素、斑蝥黄、藏红花酸、辣椒红素、虾青素、消旋虾青素、紫杉紫素、红曲色素、红曲黄色素、红曲米、栀子蓝色素、栀子红色素、可可色素、法夫酵母色素或竹黄色素。
3.根据权利要求1所述的有机/聚合物太阳电池器件，其特征在于：所述活性层为具有电子给体材料和电子受体材料的本体异质结结构的薄膜层，所述活性层的厚度为40～
1000纳米；其中电子给体材料包括聚乙烯撑类芳香聚合物、聚芴、聚硅芴、聚咔唑、聚噻吩、聚吲哚咔唑、聚茚芴或聚苯并二噻吩的均聚物或者共聚物；其中电子受体材料包括富勒烯或者富勒烯衍生物、金属化合物半导体量子点或者纳米线。
4.根据权利要求1所述的有机/聚合物太阳电池器件，其特征在于：所述衬底为玻璃或者透明塑料薄膜；所述阳极层为铟参杂的氧化锡薄膜、氟参杂的氧化锡薄膜、铝参杂的氧化锌薄膜、金属银或者金薄膜；所述阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸钠（PEDOT：PSS）的混合薄膜、聚三苯胺的均聚物或共聚物、聚咔唑的均聚物或共聚物、氧化钼薄膜、氧化镍薄膜、氧化钒薄膜或者氧化钨薄膜；所述阴极层为铝、银、石墨烯、石墨烯衍生物，或者为碱金属、碱土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物中的一种以上组成的复合膜，或者为由铝或银覆盖的碱金属、碱土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物中的一种以上组成的复合膜；所述金属氧化物为氧化锌、氧化钛或者氧化铝。
5.权利要求1所述机/聚合物太阳电池器件的制备方法，其特征在于：由下到上由衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层组成的器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）在衬底上通过溶液加工法或者真空蒸镀法依次制备阳极层、阳极修饰层和活性层；
（2）将天然色素或者天然色素衍生物溶解在溶剂中，然后通过溶液加工法将天然色素或者天然色素衍生物制备于活性层上，获得阴极修饰层；
（3）在阴极修饰层上通过溶液加工法或者真空蒸镀法制备阴极层，得到所述有机/聚合物太阳电池器件。
6.权利要求1所述机/聚合物太阳电池器件的制备方法，其特征在于：由下到上由衬底、阴极层、金属氧化物、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极层组成的器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）在衬底上通过溶液加工法或者真空蒸镀法依次制备阴极层、金属氧化物层；
（2）将天然色素或者天然色素衍生物溶解在溶剂中，然后通过溶液加工法将天然色素或者天然色素衍生物制备于金属氧化物上，获得阴极修饰层；
（3）在阴极修饰层上通过溶液加工法制备活性层；
（4）在活性层上通过溶液加工法或者真空蒸镀法制备阳极修饰层；
（5）在阳极修饰层上通过溶液加工法或者真空蒸镀法制备阳极层，得到所述有机/聚合物太阳电池器件。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述的溶液加工法为旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方法。
8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括有机溶剂、水或者混合溶剂；所述的有机溶剂为有机极性溶剂；所述混合溶剂由有机极性溶剂组成，所述有机极性溶剂包括醇、有机酸、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种以上。
9.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述的天然色素或者天然色素衍生物在溶剂中的溶度为0.1～20毫克每毫升。
一种有机/聚合物太阳电池器件及其制备方法
技术领域
背景技术
发明内容
（2）将天然色素或者天然色素衍生物溶解在溶剂中，然后通过溶液加工法将天然色素或者天然色素衍生物制备于活性层上，获得阴极修饰层；
（3）在阴极修饰层上通过溶液加工法或者真空蒸镀法制备阴极层，得到所述有机/聚合物太阳电池器件。
（2）将天然色素或者天然色素衍生物溶解在溶剂中，然后通过溶液加工法将天然色素或者天然色素衍生物制备于金属氧化物上，获得阴极修饰层；
（3）在阴极修饰层上通过溶液加工法制备活性层；
（4）在活性层上通过溶液加工法或者真空蒸镀法制备阳极修饰层；
（5）在阳极修饰层上通过溶液加工法或者真空蒸镀法制备阳极层，得到所述有机/聚合物太阳电池器件。
附图说明
具体实施方式
将ITO导电玻璃，方块电阻～20 Ω/□，预切割成15毫米×15毫米方片。依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，氮气吹扫后置于恒温烘箱备用。
使用前，ITO净片在氧等离子体刻蚀仪中以等离子体轰击10分钟。并以PEDOT:PSS水分散液（质量浓度为1 %的水溶液，购自Bayer公司），缓冲层以匀胶机（KW-4A）高速旋涂，厚度由转速决定，用表面轮廓仪（Tritek公司Alpha-Tencor 500型）实测监控，最终膜厚为40 纳米。成膜后，于恒温真空烘箱中驱除溶剂残余、坚膜。
电极蒸镀在真空镀膜机中真空度达到3×10 Pa以下时完成。镀膜速率与各层电极之厚度由石英振子膜厚监测仪（STM-100型,Sycon公司）实时监控。所有制备过程均在提供氮气惰性氛围的手套箱内进行。最终获得具有ITO/PEDOT:PSS/PTB7:PC71BM(100纳米)/叶绿素铜钠盐/Al(100纳米)的正置型光伏器件（其结构如图1所述）。器件的电流－电压特性，由Keithley236电流电压源－测量系统及一个经校正的硅光二极管测得，其曲线如图3所述。由图3可以得出，通过阴极界面层叶绿素铜钠盐的加入，可以使得聚合物光伏器件的开路电压得到相当大的提高，同时光伏器件的填充因子也得到一定的提高，最终表现出加入阴极界面层叶绿素铜钠盐的光伏器件具有更高的能量转换效率。
将ITO导电玻璃，方块电阻～20 Ω/□，预切割成15毫米×15毫米方片。依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，氮气吹扫后置于恒温烘箱备用。
使用前，ITO净片在氧等离子体刻蚀仪中以等离子体轰击10分钟。然后在ITO导电玻璃上旋涂一层醋酸锌溶液，再200摄氏度加热处理，形成一层氧化锌层。将溶解在甲醇溶剂中的天然色素衍生物叶绿素铜钠盐溶液通过旋涂的方式制作在氧化锌薄膜层上，形成一层阴极界面修饰层。
和铝电极蒸镀在真空镀膜机中真空度达到3×10 Pa以下时完成。镀膜速率与各层电极之厚度由石英振子膜厚监测仪（STM-100型,Sycon公司）实时监控。最终获得具有ITO/ZnO/叶绿素铜钠盐/PTB7:PC71BM(100纳米)/ MoO3(10纳米)/Al(纳米)结构的倒置型光伏器件（其结构如图2所示）。所有制备过程均在提供氮气惰性氛围的手套箱内进行。器件的电流－电压特性，由Keithley236电流电压源－测量系统及一个经校正的硅光二极管测得，其曲线如图4所述。由图4可以得出，通过在氧化锌上加入界面层叶绿素铜钠盐，可以使得聚合物光伏器件的开路电压得到相当大的提高，同时光伏器件的填充因子也得到一定的提高，最终表现出加入界面层叶绿素铜钠盐的光伏器件具有更高的能量转换效率。
正置器件B结构：ITO/PEDOT:PSS/PTB7:PC71BM(100纳米)/叶绿素铜钠盐/Al(100纳米)
倒置器件A结构：ITO/ZnO/PTB7:PC71BM(100纳米)/MoO3(10纳米)/Al(100纳米)倒置器件B结构： ITO/ZnO/叶绿素铜钠盐/PTB7:PC71BM(100纳米)/ MoO3(10纳米)/Al(纳米)。
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