一种有机/聚合物太阳电池器件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机/高分子光伏技术领域，具体涉及一种有机/聚合物太阳电池器 件及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 有机太阳电池作为一类新型的太阳能转化成电能的技术，因其成本低、制作简单、 材料结构多变、重量轻、大面积柔性制备等优点，得到了科学界和产业界的广泛关注。在有 机/高分子光伏技术领域，本体异质结结构是被广泛接受和使用的一种器件结构。在本体 异质结太阳电池器件的活性层中，其包含了有机或者高分子给体材料和受体材料。目前，众 多的给体材料和受体材料被科研工作者开发出来。
[0003] 另外，在有机/高分子太阳电池领域，光伏器件的优化和创新是提高器件性能的 一种有效的手段。为了提高器件的稳定性和能量转换效率，大家使用了无机金属化合物或 者水/醇溶性的小分子/高分子材料作为光伏器件的阴极界面修饰层。特别是可溶液加工 的水/醇溶性小分子/高分子材料的开发和使用，使得有机/高分子太阳电池器件的制备 工艺得到了简化，并且大幅提高了器件性能。（Nat.Photonics, 2012，Volume: 6，Pages: ，，，591.) 但是，这类水/醇溶性小分子/高分子材料必须经过一定的化学合成步骤，有些材料更 需要进过复杂的合成过程，这样大幅提高了有机/高分子太阳电池的材料成本、延长了材 料和器件开发周期，从而增加了最终太阳电池的市场价格、影响了太阳电池的大范围市场 应用。天然色素在自然界中广泛的存在、储量丰富；并且大部分天然色素在有机强极性溶剂 中或者水中具有优良的溶解能力。现在，市场中具有种类繁多、价格低廉的天然色素及其衍 生物出售。因此，通过一定的提纯手段从自然界中获得天然色素，并且通过简单的化学处理 可以以低成本投入、方便地获得相应的天然色素的衍生物。
[0004] 所以，将该类价格低廉的天然色素及其衍生物作为阴极修饰材料应用在有机/高 分子太阳电池器件中，可以获得高性能和低制备成本的太阳电池。
【发明内容】
[0005] 本发明通过将天然色素或者天然色素的衍生物作为阴极修饰层材料，应用在聚合 物太阳电池器件中。
[0006] 本发明目的在于提供一种聚合物太阳电池器件，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。
[0007] 优选地，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、桅子黄色素、桅子绿色素、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、玫瑰爺红、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、猪果色素、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、a-胡萝卜素、胡萝卜素、阿朴-8-胡萝卜素醛、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、桅子蓝色素、桅子红 色素、可可色素、法夫酵母色素或竹黄色素。
[0008] 优选地，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。
[0009] 优选地，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、氧化钥薄膜、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。
[0010] 一种有机/聚合物太阳电池器件的制备方法，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。
[0011] 一种有机/聚合