第八章 有机聚合物太阳电池(4)

在异质结太阳电池中用得最多的电子受体是富勒烯分子C60[20，21]，除了具有很高的电子亲和势，富勒烯在可见光区几乎无吸收。这使富勒烯在光伏器件中有很大的用武之地。C60分子内外表面有60个π电子，组成三维P电子共轭体系，具有很强的还原性、电子亲和能(EA=2.6eV～2.8eV)及三阶非线性光学性质[22]，最多可吸收6个电子，是目前最好的受体材料，与PPVs构成的本体异质结的效率也最高。由于未加修饰的C60的溶解性较差，易聚集，与PPV s成膜的质量较差，因此可对C60进行各种各样的修饰。图17中列举了C60和一些衍生物的化学结构。

图17 C60及其常见衍生物的化学结构

8.4.5衬底材料

现在制作太阳能电池大部分是利用玻璃作衬底，Y. Zhou等报道在PET上制备了柔性器件[23] [24]。如图 18所示，制备在可卷曲折叠的衬底上形成柔性的太阳能电池。

用有机材料制备太阳能电池是国际范围内的研究热点之一。改善太阳能电池的性能, 降低制造成本以及减少大规模生产对环境造成的影响是未来太阳能电池发展的主要方向。有机太阳能电池制备工艺简单, 可采用真空蒸镀或涂敷的办法制备成膜。

图18 塑料有机太阳能电池

8.5.6封装材料

封装材料主要包括刚性封装材料、柔性封装材料和边缘缝隙封装材料。

柔性封装材料的特点就是在发生很大弯曲变形时仍然可以保证材料的有效使用，为了获得柔性有机光伏器件，前后基板必须具有足够的柔性同时能有效隔绝湿气和氧气。柔性封装不仅仅是满足折叠、弯曲的要求，而且要有一定的强度以保证产品的实际应用要求。因此，封装材料及相应的封装技术成为柔性和强度一并满足的关键封装材料及相应的封装技术成为柔性和强度一并满足的关键。对于这种封装材料，目前研究最多的主要分为超薄玻璃、聚合物和金属箔。考虑到对介电性能的要求，聚合物柔性薄膜可以在很宽的范围内选取，可以是:PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚对萘二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PVC(聚氯乙烯)、PS(聚苯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PES(聚对苯二乙基砜)。 1 超薄玻璃

超薄玻璃的主要成分有两种：一种是含有大量BaO和Al2O3的碱式硼玻璃；另一种是纯硼玻璃。

由于有机光伏器件对于水、氧非常敏感，如何避免这两种物质对器件的影响是首要任务，而玻璃能很好地隔离潮气和空气。50μm的超薄玻璃可以进行封装。但超薄玻璃在柔性封装过程中不能单独使用，需要聚合物涂层保护玻璃表面不受机械力的损害和化学试剂的侵蚀。 2 金属箔

薄型金属基板，其基板厚度低于0.1mm，采用这样的基板主要在于金属基板具备以下几个优点:

1. 耐高温制程。与塑料相比，热膨胀系数(CTE)更为接近玻璃，因此在电路图样定位

方面比较不容易发生问题。 2. 具备阻水、阻氧的功能。

3. 具备RTR(Roll-to-Roll)的制程可能性，金属本身已经具备极佳的延伸性，因此极

为适合利用RTR的生产流程。

4. 成本低廉与取得方便，不需要镀上许多特殊的防水气、防氧气保护层，实际运用成

本会比用塑料更低。

3聚合物

【一】聚合物的优点

用塑料代替玻璃做OLED的衬底材料，可以进一步增加有机光伏器件的应用领域。基于塑料衬底的有机光伏器件具有很多优点:更薄、更轻、柔性可弯曲等。要实现柔性的关键问题是湿气和氧的隔离保护，这可以通过隔离或钝化膜来实现。 【二】聚合物的劣势和解决方案

与玻璃的性质相比，塑料衬底材料的隔离保护作用不够理想，典型塑料材料，如聚乙烯对苯二甲酸脂(PET)，其密度很低，对水和氧气的扩散隔离保护作用很差。要达到产品所要求的寿命，估计在25℃时要求材料对水的密封渗透率要低于10-6g/m2/天，而典型的塑料衬底材料在25℃时的渗透率为100~10-1g/m2/天。

解决这一问题的办法之一是在塑料衬底上镀覆致密的介电材料薄膜以防止有害气体向塑料内扩散。而在这种无机物薄膜内要求几乎没有针孔和晶粒边界缺陷，才能使密封性更好。

另一个解决方法是在塑料衬底和有机发光器件上采用多层包覆密封，也就是常说的Barix封装技术。该方法是用覆膜材料对柔性有机光伏器件进行密封包装，该混合防护层由真空沉积聚合物膜和高密度介电层交替重迭构成，有效地消除了各防护层材料间的相互影响。 最新进展

瓦克化学集团将在第24届欧洲光伏太阳能展览会暨科技大会上，展出一种生产太阳能电池模块使用的新型热塑性封装材料。这种以有机硅为基础的弹性塑料薄膜能够在热作用下改变形状，加工使用方便迅速。由于它特殊的整体性能，这一以商标TECTOSIL?投入市场的薄膜明显优于通常使用的封装材料。

1. TECTOSIL?能够有效地保护敏感的太阳能电池长期不受机械和化学负荷的影响。 2. 这一材料没有腐蚀性适合所有类型的模块。

3. TECTOSIL?是一种柔韧、高透明的电气绝缘薄膜，其材料是有机硅和有机物的共聚

物。

4. 由于它的热塑性，这一有机硅基塑料的加工使用节约时间和成本，它不需要硬化也

就没有化学反应。

5. 使用TECTOSIL?封装的太阳能电池完全不受机械和化学负荷的影响。

6. 具有良好的化学惰性，且薄膜中不含催化剂和具有腐蚀性的组分，即使与湿气接触

也不会生成引起腐蚀或损害表面的物质。

7. 这一薄膜材料几乎不吸水，组成了一个有效的防潮屏障，长期保证电气绝缘。 另外，TECTOSIL薄膜在降低生产成本方面是一大进步，保证了每一模块都有相同的质量。

在制作有机太阳能电池时,常用的封装技术在干燥的惰性气体环境中，用玻璃将电池密封，在周围在用紫外光固化的环氧树脂固定。玻璃能很好地隔离潮气和空气,而唯一侵入到封装内的途径是边缘的环氧树脂密封。

8.5 有机太阳能电池制备技术

8.5.1引言

有机聚合物太阳能电池的研究和开发现状使人们有理由相信，在不久的将来它必然会成为光电转换领域中一支异军突起的生力军。因而，进一步改进其器件性能，尤其是器件的稳定性和光电转换效率，变得越来越有必要。改进器件性能，主要从两方面入手：一个是化学的手段，像改进材料的性能、丰富材料的种类等等；另一个则是物理的手段，可以通过深入了解器件的物理过程和内部的物理机制．有针对性地改进器件的结构以提高器件的性能。当然，化学和物理的两种方法并不是截然分开的．而是扣辅相成的。

制备性能良好的光电转换器件，需要使用许多复杂的设备，需要有清洁的环境，如有可能，应尽量在超净实验室或厂房中进行。实验室制备原型器件与工业化生产有所不同。

本节主要阐述实验室制备原型器件的主要过程。

如图所示，首先，准备好导电和透光性能良好的导电玻璃，通常使用ITO玻璃。由于高性能ITO玻璃的生产和加工工艺复杂，而且容易在市场上购买，因此可以通过购买性能良好的ITO玻璃．委托专业厂家按要求进行光刻，得到高性能的ITO玻璃基片。如果ITO玻璃基片用量少，可以自己在整块ITO覆盖的玻璃上通过腐蚀得到一定形状ITO覆盖的玻璃基片。

其次，必须对ITO玻璃基片进行严格的清洗。清洗的流程可以根据实验要求和条件自行调整。作为一种通常的清洗步骤，我们举例如下：先用普通或专用消洁剂和中等硬度的刷子或百洁布刷洗，并用消水冲洗于净；将ITO基片置于丙酮中超 …… 此处隐藏：2302字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……