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CN110391334B - 聚合物太阳能电池 - Google Patents

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CN110391334B
CN110391334B CN201810337311.5A CN201810337311A CN110391334B CN 110391334 B CN110391334 B CN 110391334B CN 201810337311 A CN201810337311 A CN 201810337311A CN 110391334 B CN110391334 B CN 110391334B
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Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
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Abstract

一种聚合物太阳能电池，包括一阳极电极、一光活性层和一阴极电极依次层叠设置，所述光活性层包括一聚合物层和分散在该聚合物层中的多个碳纳米管，每一根碳纳米管由一第一部分碳纳米管和一第二部分碳纳米管组成，该第一部分碳纳米管包埋在所述聚合物层中，该第二部分碳纳米管从所述聚合物层中暴露出来并与所述阴极电极电连接。

Description

聚合物太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种聚合物太阳能电池。
背景技术
聚合物太阳能电池具有原料广、成本低、光活性材料可以自行设计合成以及可制备成柔性器件等诸多优点，成为近年来国际上前沿科学的研究热点之一。聚合物太阳能电池的工作原理是：当光照射到聚合物太阳能电池中的光活性材料时，光活性材料吸收光子后产生激子，激子扩散到给体和受体的界面处分离成自由移动的电子和空穴，然后电子通过受体传递至阴极，空穴则通过给体传递至阳极，从而在阴极和阳极之间产生电势差。其中，聚合物太阳能电池对太阳光的利用是影响光电转换效率的一个重要因素，目前常用的方法是通过改变活性层材料来增强其对太阳光的吸收率。
Al-Haik et al.(US20070110977A1)公开了将多个碳纳米管分散在聚合物中，然后利用磁场使这些碳纳米管定向，并且该定向的碳纳米管和聚合物所形成的复合物可以作为光活性材料应用于聚合物太阳能电池中。然而，由于碳纳米管被聚合物包覆，碳纳米管并没有与电极直接接触，从而降低了碳纳米管与电极之间的电传导性。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种可以提高碳纳米管与阴极电极之间的电传导性的聚合物太阳能电池。
一种聚合物太阳能电池，包括一阳极电极、一光活性层和一阴极电极依次层叠设置，所述光活性层包括一聚合物层和分散在该聚合物层中的多个碳纳米管，每一根碳纳米管由一第一部分碳纳米管和一第二部分碳纳米管组成，该第一部分碳纳米管包埋在所述聚合物层中，该第二部分碳纳米管从所述聚合物层中暴露出来并与所述阴极电极电连接。
与现有技术相比，本发明提供的聚合物太阳能电池利用碳纳米管阵列作为电子受体，使碳纳米管的一部分从聚合物层中暴露出来并与阴极电极直接接触，提高了碳纳米管与阴极电极之间的电传导性。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的单根碳纳米管在聚合物中的结构示意图。
图3为本发明第一实施例提供的聚合物太阳能电池的制备方法的工艺流程图。
图4为本发明第一实施例提供的将碳纳米管阵列设置于聚合物溶液中的工艺流程图。
图5为本发明第一实施例提供的将碳纳米管阵列设置于聚合物溶液中的另一工艺流程图。
图6为本发明第一实施例提供的挤压碳纳米管阵列的结构示意图。
图7为本发明第一实施例提供的碾压碳纳米管阵列的结构示意图。
图8为本发明第一实施例提供的碾压碳纳米管阵列的另一结构示意图。
图9为本发明第一实施例提供的聚合物太阳能电池的另一制备方法的工艺流程图。
图10为本发明第二实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图11为本发明第三实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
图12为本发明第四实施例提供的聚合物太阳能电池的结构示意图。
主要元件符号说明
聚合物太阳能电池            100，200，300，400
支撑体                      10
阳极电极                    12
光活性层                    14
聚合物层                    142
第一聚合物表面              1422
第二聚合物表面              1424
碳纳米管                    144
第一端                      1442
第二端                      1444
第一部分碳纳米管            1446
第二部分碳纳米管            1448
碳纳米管层                  146
阴极电极                    18
碳纳米管阵列                20
第一表面                    202
第二表面                    204
聚合物溶液                  22
反射层                      24
激子阻挡层                  26
容器                        28
生长基底                    30
施压装置                    40
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的聚合物太阳能电池及其制备方法作进一步的详细说明。
请参见图1，本发明第一实施例提供一种聚合物太阳能电池100，其包括一支撑体10、一阳极电极12、一光活性层14和一阴极电极18，所述支撑体10、阳极电极12、光活性层14和阴极电极18依次层叠设置。所述光活性层14包括一聚合物层142和多个碳纳米管144，该多个碳纳米管144分散在所述聚合物层142中，每一根碳纳米管144的一部分从所述聚合物层142中暴露出来并与阴极电极18直接接触。本实施例中，所述光活性层14由所述聚合物层142和所述多个碳纳米管144组成。可以理解，由于所述光活性层14具有自支撑性，该支撑体10可以省略。
所述支撑体10可以是柔性也可以是刚性。所述支撑体10的材料可以是玻璃、石英、透明的树脂等，也可以是不透明的材料，比如硅等。所述阳极电极12和阴极电极18可以为透明导电层或多孔网状结构，如ITO(铟锡氧化物)层、FTO(氟掺杂氧化锡)层等；也可以为不透明的金属，比如铝、银等。当阴极电极18透明时，所述支撑体10和阳极电极12可以透明也可以不透明。当阴极电极18不透明时，所述支撑体10和阳极电极12需透明。本实施例中，所述支撑体10是玻璃板，入射光从支撑体10进入光活性层14中，所述阳极电极12的材料为ITO，所述阴极电极18为一铝膜。
所述聚合物层142在光活性层14中作为电子给体。所述聚合物层142具有相对的第一聚合物表面1422和第二聚合物表面1424，第一聚合物表面1422靠近阴极电极18，第二聚合物表面1424与阳极电极12直接接触。所述聚合物层142为聚噻吩及其衍生物、聚芴及其衍生物、聚对苯撑乙烯及其衍生物、聚吡咯及其衍生物中的一种或几种。所述聚噻吩衍生物可以为聚3-己基噻吩(poly(3-hexylthiophene),P3HT)等，所述聚芴衍生物可以为聚双辛基芴(poly(dioctylfluorene))等，所述聚对苯撑乙烯衍生物可以为聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-聚苯撑亚乙烯(poly[2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene])等。本实施例中，所述聚合物层142为聚噻吩。
所述多个碳纳米管144在光活性层14中作为电子受体。请参见图2，每一根碳纳米管144的一部分从第一聚合物表面1422延伸出来并且倾倒在第一聚合物表面1422上。也即，每一根碳纳米管144由一第一部分碳纳米管1446和一第二部分碳纳米管1448组成。多个碳纳米管144的第一部分碳纳米管1446分散在聚合物层142中，多个碳纳米管144的第一部分碳纳米管1446相互平行且间隔设置，并且多个碳纳米管144的第一部分碳纳米管1446的长度基本沿同一方向延伸。所述第一部分碳纳米管1446的长度方向垂直于第一聚合物表面1422。所述多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448位于聚合物层142的外面。所述多个第二部分碳纳米管1448相互连接形成了一碳纳米管层146。该碳纳米管层146位于阴极电极18和聚合物层142之间，并且碳纳米管层146分别与阴极电极18和聚合物层142直接接触。也即，所述多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448与阴极电极18直接接触。
可以理解，该碳纳米管层146由均匀分布的多个第二部分碳纳米管1448组成，所述多个第二部分碳纳米管1448相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合。所述多个第二部分碳纳米管1448与第一聚合物表面1422形成一夹角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度(0°≤β≤15°)。优选地，所述多个第二部分碳纳米管1448平铺在第一聚合物表面1422上，也即每一第二部分碳纳米管1448的长度方向平行于第一聚合物表面1422。所述多个第二部分碳纳米管1448沿同一方向或不同方向择优取向排列。该多个第二部分碳纳米管1448也可以是各向同性的。也即，多个第二部分碳纳米管1448的长度延伸方向可以基本沿同一方向，也可以沿不同的方向。多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448的长度延伸方向可以基本相互平行，也可以不平行。每一碳纳米管144具有相对的第一端1442和第二端1444，第一端1442夹在阴极电极18和聚合物层142之间，第二端1444被包埋在聚合物层142中，并且第二端1444不与阳极电极12接触。进一步，所述碳纳米管144的第一部分碳纳米管1446被包埋在聚合物层142中并且不与阳极电极12接触，其原因是：使阳极电极12与作为电子受体的碳纳米管144之间电绝缘，以避免激子分离所产生的电子从碳纳米管144中迁移到阳极电极12，以确保电子从碳纳米管144中迁移到阴极电极18中。
当每一根碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448从第一聚合物表面1422延伸出来并且倾倒在第一聚合物表面1422上时，多个第二部分碳纳米管1448相互搭接在一起，如此形成了所述碳纳米管层146。碳纳米管层146位于阴极电极18和聚合物层142之间，且碳纳米管层146与阴极电极18和聚合物层142均直接接触，使得阴极电极18不会直接接触聚合物层142。碳纳米管层146的作用是：使阴极电极18不直接接触作为电子给体的聚合物层142，以避免激子分离所产生的空穴从聚合物层142中迁移到阴极电极18，以确保空穴从聚合物层142中迁移到阳极电极12中。
所述碳纳米管144可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管144的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管144的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管144的直径为1.5纳米～50纳米。所述多个碳纳米管144具有大致相等的长度。
请参见图3，本发明第一实施例提供所述聚合物太阳能电池100的制备方法，包括以下步骤：
S11，将一碳纳米管阵列20设置于一聚合物溶液22中，所述碳纳米管阵列20包括多个碳纳米管144，每一碳纳米管144竖直地立在聚合物溶液22中，每一碳纳米管144具有相对的第一端1442和第二端1444，第一端1442暴露在聚合物溶液22外面，第二端1444被包埋在聚合物溶液22中；
S12，使所述聚合物溶液22固化成聚合物层142，该聚合物层142具有相对的第一聚合物表面1422和第二聚合物表面1424，每一碳纳米管144竖直地立在聚合物层142中，其中，碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448暴露在第一聚合物表面1422的外面，第一部分碳纳米管1446被聚合物层142包覆，并且第二部分碳纳米管1448和第一部分碳纳米管1446的长度方向均垂直于第一聚合物表面1422，所述第一端1442暴露在第一聚合物表面1422的外面，第二端1444被包埋在聚合物层142中；
S13，使本来垂直于第一聚合物表面1422的第二部分碳纳米管1448倾倒在第一聚合物表面1422上，多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448形成所述碳纳米管层146；
S14，将所述阴极电极18设置在碳纳米管层146远离聚合物层142的表面；
S15，将所述阳极电极12设置在所述支撑体10上；以及
S16，将所述聚合物层142的第二聚合物表面1424设置在阳极电极12远离支撑体10的表面。
步骤S11中，所述碳纳米管阵列20具有相对的第一表面202和第二表面204，该多个碳纳米管144的长度从第一表面202延伸至第二表面204。所述第一表面202与生长基底30直接接触。所述多个碳纳米管144彼此平行且间隔设置。所有碳纳米管144的第一端1442共同形成碳纳米管阵列20的第一表面202，所有碳纳米管144的第二端1444共同形成碳纳米管阵列20的第二表面204，该多个碳纳米管144的长度延伸方向垂直于所述碳纳米管阵列20的第一表面202。所述碳纳米管144的长度大于等于100纳米，优选为100纳米～10毫米，例如100微米、500微米、1000微米、5毫米。
聚合物溶液22是将一聚合物材料分散在一有机溶剂中形成。所述有机溶剂不限，只要可以将该聚合物溶解即可。
每一碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448暴露在聚合物溶液22外面，第一部分碳纳米管1446浸没在聚合物溶液22中。将所述碳纳米管阵列20设置于所述聚合物溶液22中，每一碳纳米管144的第一端1442暴露在聚合物溶液22的外面，第二端1444浸入聚合物溶液22中并且被聚合物溶液22包覆的方法不限。本发明提供两种方法，但该方法并不对本发明造成限制。
请参见图4，第一种方法包括以下步骤：
步骤S111，在一生长基底30上生长所述碳纳米管阵列20，每一碳纳米管144的第一端1442与生长基底30直接接触，每一碳纳米管144的第二端1444远离生长基底30；
步骤S112，将所述聚合物溶液22放置于一容器28内；以及
步骤S113，将生长基底30倒置，使碳纳米管阵列20部分浸入聚合物溶液22中，也即每一碳纳米管144的第一部分碳纳米管1446浸入聚合物溶液22中，并且每一碳纳米管144的第二端1444被聚合物溶液22包覆，而每一碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448暴露在聚合物溶液的外面。
步骤S111中，所述碳纳米管阵列20优选为超顺排碳纳米管阵列20，该碳纳米管阵列20的制备方法包括以下步骤：(a)提供一平整生长基底30，该生长基底30可选用P型或N型硅生长基底30，或选用形成有氧化层的硅生长基底30，本实施例优选为采用4英寸的硅生长基底30；(b)在生长基底30表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的生长基底30在700～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的生长基底30置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到碳纳米管阵列20。
步骤S113中，将生长基底30倒置并使碳纳米管阵列20部分浸入聚合物溶液22中的方法不限，例如，可以采用镊子等工具夹持生长基底30，使生长基底30倒置。
可以理解，采用第一种方法使碳纳米管阵列20设置于聚合物溶液22中时，需要进一步包括一去除所述生长基底30的步骤。去除生长基底30的方法不限，例如，采用刀片等工具将生长基底30剥离，或者采用激光等工具将生长基底30刻蚀。
请参见图5，第二种方法包括以下步骤：
S111’，在所述生长基底30上生长所述碳纳米管阵列20，每一碳纳米管144的第一端1442与生长基底30直接接触，每一碳纳米管144的第二端1444远离生长基底30；
S112’，去除所述生长基底30；
S113’，将所述聚合物溶液22放置于一容器28内；以及
S114’，将所述每一碳纳米管144的第一部分碳纳米管1446浸入聚合物溶液22中，第二部分碳纳米管1448暴露在聚合物溶液22的外面。
步骤S112’中，去除生长基底30的方法为采用刀片、胶带或其他工具将碳纳米管阵列20从生长基底30整体剥离。由于所述碳纳米管阵列20中相邻碳纳米管144之间通过范德华力连接，采用刀片、胶带或其他工具沿着垂直于碳纳米管144的轴向的方向慢慢将碳纳米管阵列20从生长基底30上整体剥离后，可以得到一具有自支撑结构的碳纳米管阵列20。所述自支撑为碳纳米管阵列20不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态，即，该碳纳米管阵列20被间隔设置的两个支撑物固定时，位于两个支撑物之间的碳纳米管阵列20能够保持自身层状状态。因此，该自支撑的碳纳米管阵列20可以被间隔设置两个支撑物固定。所述支撑物可以为镊子、胶带等。本实施例中，两个镊子间隔设置，分别夹持碳纳米管阵列20的两边。
可以理解，无论采用第一种方法还是第二种方法使碳纳米管阵列20设置于聚合物溶液22中，在步骤S12中聚合物溶液22固化为聚合物层142之后，以及步骤S16中将聚合物层142与阳极电极12结合之前，进一步包括一去除所述容器28的步骤或者包括一将容器28中的整体结构直接从容器28中取出的步骤。去除所述容器28的方法不限，例如，采用激光将容器28刻蚀去除。
步骤S12中，使聚合物溶液22固化的方法不限，例如加热等。
步骤S13中，使多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448倾倒在第一聚合物表面1422上的方法不限。本实施例提供一种方法，但该方法并不对本发明造成限制。
本实施例中，采用一施压装置40挤压多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448，其具体过程为：所述施压装置40施加一定的压力于多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448。在施压的过程中，多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448在压力的作用下会倾倒，由垂直于或竖立于第一聚合物表面1422的状态变成平行于第一聚合物表面1422的状态。可以理解，即使第二部分碳纳米管1448被压倒，但是每一根碳纳米管144中第二部分碳纳米管1448依然与第一部分碳纳米管1446连接在一起，并没有被压断。也即，使用施压装置40挤压多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448之后，每一根碳纳米管144中第二部分碳纳米管1448没有与第一部分碳纳米管1446断裂，依然连接在一起。
所述施压装置40为一压头，压头表面光滑，压头的形状及挤压方向决定第二部分碳纳米管1448的长度延伸方向。优选地，当采用平面压头沿垂直于第一聚合物表面1422的方向挤压时，所述多个第二部分碳纳米管1448随机弯折倒下并挤压在一起，如图6所示；当采用滚轴状压头沿某一固定方向碾压时，可获得多个第二部分碳纳米管1448沿同一方向延伸的碳纳米管层146，如图7所示；当采用滚轴状压头沿不同方向碾压时，可获得多个第二部分碳纳米管1448的长度沿不同方向延伸的碳纳米管层146，如图8所示。
可以理解，当采用上述不同方式挤压第二部分碳纳米管1448时，第二部分碳纳米管1448会在压力的作用下倾倒，多个第二部分碳纳米管1448通过范德华力相互吸引、连接形成由多个第二部分碳纳米管1448组成的碳纳米管层146。
可以理解，该碳纳米管层146具有一定的厚度，可以通过第二部分碳纳米管1448高度以及压力大小控制碳纳米管层146的厚度。
步骤S14中，将阴极电极18设置在碳纳米管层146上的方法与碳纳米管层146中第二部分碳纳米管1448的分布密度有关。当碳纳米管层146中第二部分碳纳米管1448的分布密度很大，致使碳纳米管层146中并没有可以贯穿整个碳纳米管层146的通孔时，可以采用溅射、涂覆、蒸镀等方式将阴极电极18设置在碳纳米管层146远离聚合物层142的表面。此时，阴极电极18不会与聚合物层142直接接触，因为碳纳米管层146没有通孔，阴极电极18的材料不会穿过碳纳米管层146而与聚合物层142直接接触。当碳纳米管层146中第二部分碳纳米管1448的分布密度小，致使相邻第二部分碳纳米管1448之间形成空隙并且使碳纳米管层146具有多个通孔时，需要将预先制备好的阴极电极18铺设在碳纳米管层146远离聚合物层142的表面。
可以理解，在相同的碾压力下，碳纳米管层146中第二部分碳纳米管1448的分布密度与碳纳米管阵列20中碳纳米管144的分布密度有关。碳纳米管阵列20中碳纳米管144的分布密度越大，碳纳米管层146中第二部分碳纳米管1448的分布密度越大；碳纳米管阵列20中碳纳米管144的分布密度越小，碳纳米管层146中第二部分碳纳米管1448的分布密度越小。
步骤S15中，将阳极电极12设置在支撑体10上的方法不限，比如溅射、涂覆、蒸镀等。
步骤S16中，将所述聚合物层142的第二聚合物表面1424设置在阳极电极12远离支撑体10的表面的方法不限，例如，采用导电胶将步骤S14制成的中间产品与步骤S15制成的中间产品粘在一起，也即采用导电胶将聚合物层142的第二聚合物表面1424与阳极电极12粘在一起。或者，用热压或冷压的方式将步骤S14制成的中间产品与步骤S15制成的中间产品压合在一起。具体的，将步骤S14制成的中间产品与步骤S15制成的中间产品层叠设置之后，将其整体放入一具有轧辊的热压装置中。该热压装置包括一个施压装置40和一个加热装置，所述施压装置40可以是一个金属轧辊。将加热的金属轧辊施加一定的压力于上述中间产品，阳极电极12和聚合物层142被软化，使得阳极电极12和聚合物层142之间的空气被挤压出来，从而使得阳极电极12和聚合物层142紧密压合在一起。所述金属轧辊所施加的压力为5千克至20千克。可以理解，所述金属轧辊的温度不应该使得阳极电极12、聚合物层142以及其他功能层熔化。
可以理解，也可以将阳极电极12通过溅射、涂覆、蒸镀等方式直接设置在聚合物层142的第二聚合物表面1424，然后再将支撑体10设置在阳极电极12远离聚合物层142的表面。进一步，由于阳极电极12被直接设置在具有自支撑的聚合物层142的第二聚合物表面1424上，主要起支撑作用的支撑体10可以省略，那么设置该支撑体10的步骤也可以省略。
可以理解，将阴极电极18设置在所述碳纳米管层146远离聚合物层142的表面之后，得到一复合结构。然后，将支撑体10、阳极电极12和所述复合结构依次层叠设置在一起，并且使阳极电极12设置在所述支撑体10和所述聚合物层142的第二聚合物表面1424之间。
进一步，当所述阳极电极12和阴极电极18中的任何一个是金属膜时，该金属膜同时具有电极和反射光的作用。也即，所述金属膜可以将到达金属膜的光反射到光活性层14中，提高光的利用率。
请参见图9，本发明第一实施例进一步提供所述聚合物太阳能电池100的另一种制备方法，包括以下步骤：
S11’，将支撑体10放置在容器28中，该支撑体10远离容器28的表面设置有阳极电极12；
S12’，将聚合物溶液22放置在容器28中，优选地，聚合物溶液22位于阳极电极12远离支撑体10的表面；
S13’，将碳纳米管阵列20设置于聚合物溶液22中，所述碳纳米管阵列20包括多个碳纳米管144，每一碳纳米管144具有相对的第一端1442和第二端1444，每一碳纳米管144的第一端1442暴露在聚合物溶液22外面，每一碳纳米管144的第二端1444浸入聚合物溶液22中并且被聚合物溶液22包覆；
S14’，使所述聚合物溶液22固化成聚合物层142，该聚合物层142具有相对的第一聚合物表面1422和第二聚合物表面1424，每一碳纳米管144竖直地立在聚合物层142中，其中，碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448暴露在第一聚合物表面1422的外面，第一部分碳纳米管1446被聚合物层142包覆，并且第二部分碳纳米管1448和第一部分碳纳米管1446的长度方向均垂直于第一聚合物表面1422，所述第一端1442暴露在第一聚合物表面1422的外面，第二端1444被包埋在聚合物层142中；
S15’，使本来垂直于第一聚合物表面1422的第二部分碳纳米管1448倾倒在第一聚合物表面1422上，多个碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448形成所述碳纳米管层146；以及
S16’，将所述阴极电极18设置在碳纳米管层146远离聚合物层142的表面。
图9所示的制备方法与图2所示的制备方法类似，其不同之处在于：图9所示的制备方法提前将支撑体10和阳极电极12设置在容器28中，然后将聚合物溶液22倒入容器28中，设置碳纳米管阵列20后，形成所述碳纳米管层146之后，再设置所述阴极电极18。
可以理解，步骤S12’中，聚合物溶液22可能会顺着容器28的侧壁流入支撑体10与容器28的侧壁之间，以及阳极电极12与容器28的侧壁之间。待聚合物溶液22固化之后，支撑体10与容器28的侧壁之间，以及阳极电极12与容器28的侧壁之间也会有聚合物层142存在。去除容器28之后，支撑体10相对的两侧和阳极电极12相对的两侧均会有聚合物层142存在，这将提高支撑体10、阳极电极12与聚合物层142的结合程度。或者也可采用刻蚀等方法将支撑体10和容器28的侧壁之间的聚合物层142，以及阳极电极12与容器28的侧壁之间的聚合物层142去掉。
可以理解，步骤S11’中也可省略支撑体10，而直接将阳极电极12设置在容器28的底部。也即，聚合物太阳能电池100中没有支撑体10。可以理解，在设置阴极电极18之后，进一步包括一去除所述容器28的步骤。
请参见图10，本发明第二实施例提供一种聚合物太阳能电池200。第二实施例的聚合物太阳能电池200与第一实施例的聚合物太阳能电池100基本相同，其区别是：第二实施例的聚合物太阳能电池200进一步包括一反射层24，该反射层24设置在阴极电极18远离碳纳米管层146的表面，此时，支撑体10是透明的，并且支撑体10远离阳极电极12的一面为光的入射面。可以理解，当阴极电极18透明并且阴极电极18远离碳纳米管层146的一面为光的入射面时，该反射层24可以设置在支撑体10远离阳极电极12的表面。
该反射层24的作用是：当光从透明的支撑体10进入光活性层14时，部分光可能到达阴极电极18，设置在阴极电极18远离碳纳米管层146的表面的反射层24可以使到达阴极电极18的光再反射到光活性层14中，提高光的利用率。当光从透明的阴极电极18进入光活性层14时，部分光可能到达支撑体10，设置在支撑体10远离阳极电极12的表面的反射层24可以使到达支撑体10的光再反射到光活性层14中，提高光的利用率。所述反射层24采用高反射率材料，可以是但不限于金属或金属合金材料。例如，金、银、铝、钙和铝的合金，或者镁和银的合金等。
本发明第二实施例进一步提供所述聚合物太阳能电池200的制备方法。第二实施例的聚合物太阳能电池200的制备方法与第一实施例的聚合物太阳能电池100的制备方法基本相同，其区别是：第二实施例的聚合物太阳能电池200的制备方法进一步包括一设置反射层24的步骤。具体的，当支撑体10透明时，在阴极电极18远离碳纳米管层146的表面采用溅射、涂覆、蒸镀、喷涂或喷墨打印等方式设置反射层24。当阴极电极18透明时，在支撑体10远离阳极电极12的表面采用溅射、涂覆、蒸镀、喷涂或喷墨打印等方式设置反射层24。
请参见图11，本发明第三实施例提供一种聚合物太阳能电池300。第三实施例的聚合物太阳能电池300与第一实施例的聚合物太阳能电池100基本相同，其区别是：第三实施例的聚合物太阳能电池300进一步包括一激子阻挡层26，该激子阻挡层26可以设置在光活性层14和阳极电极12之间，也可以设置在碳纳米管层146和阴极电极18之间。所述激子阻挡层26的作用是：光进入光活性层14后产生激子，激子阻挡层26阻止激子向阴极电极18或者阳极电极12扩散，促使激子全部扩散到给体和受体的界面处进而分离成电子和空穴，提高了激子的利用率，从而提高了聚合物太阳能电池300光电转换的效率。所述激子阻挡层26的材料为有机材料，比如Zn4O(AID)6、BAlQ3、BCP、Bphen、Alq3、TAZ、TPBI中等。
本发明第三实施例进一步提供所述聚合物太阳能电池300的制备方法。第三实施例的聚合物太阳能电池300的制备方法与第一实施例的聚合物太阳能电池100的制备方法基本相同，其区别是：第三实施例的聚合物太阳能电池300的制备方法进一步包括一设置激子阻挡层26的步骤。具体的，在步骤S13之后以及步骤S14之前，采用溅射、涂覆、蒸镀、喷涂或喷墨打印等方式在碳纳米管层146远离聚合物层142的表面设置激子阻挡层26。或者，将聚合物层142的第二聚合物表面1424设置在阳极电极12远离支撑体10的表面之前，先在聚合物层142的第二聚合物表面1424上采用溅射、涂覆、蒸镀、喷涂或喷墨打印等方式设置激子阻挡层26。
请参见图12，本发明第四实施例提供一种聚合物太阳能电池400，该聚合物太阳能电池400与第一实施例提供的聚合物太阳能电池100基本相似，其区别是：第一实施例提供的聚合物太阳能电池100中，第一部分碳纳米管1446的长度延伸方向垂直于聚合物层142的第一聚合物表面1422；第四实施例提供的聚合物太阳能电池400中，第一部分碳纳米管1446的长度延伸方向与聚合物层142的第一聚合物表面1422形成一夹角，该夹角大于0并且小于90度。优选地，该夹角大于30并且小于60度。所述聚合物太阳能电池400的优点是：由于第一部分碳纳米管1446在聚合物层142中倾斜，增大了第一部分碳纳米管1446与聚合物层142接触的表面，也即第一部分碳纳米管1446受体与聚合物层142给体的接触表面或界面增大，有利于更多的激子形成电子和空穴，从而提高聚合物太阳能电池400的光电转换效率。
本发明第四实施例进一步提供聚合物太阳能电池400的制备方法，该制备方法与第一实施例的聚合物太阳能电池100的制备方法基本相同，其区别是：第四实施例提供的聚合物太阳能电池400的制备方法中，在聚合物溶液22固化成聚合物层142之前，进一步包括一挤压碳纳米管阵列20的步骤。具体的，可以采用一施压装置40挤压碳纳米管阵列20，使碳纳米管144倾斜。通过压力大小的控制，可以控制碳纳米管144的倾斜程度，从而使碳纳米管144的长度延伸方向与聚合物层142的第一聚合物表面1422形成大于0且小于90度的夹角。
相对于现有技术，本发明提供的聚合物太阳能电池100至400具有以下优点：1、利用碳纳米管阵列20作为电子受体，使碳纳米管144的第二部分碳纳米管1448从聚合物层142中暴露出来，并且与阴极电极18直接接触，提高了碳纳米管144与阴极电极18之间的电传导性；2、利用碳纳米管阵列20与聚合物层142的复合来制备聚合物太阳能电池100至400，由于碳纳米管阵列20中多个碳纳米管144本身就是定向排列，无需再借助磁场等外界力量使碳纳米管144定向。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种聚合物太阳能电池，包括：一阳极电极、一光活性层和一阴极电极依次层叠设置，所述光活性层包括一聚合物层和分散在该聚合物层中的多个碳纳米管，其特征在于，所述聚合物层具有一第一聚合物表面，每一根碳纳米管由一第一部分碳纳米管和一第二部分碳纳米管组成，该第一部分碳纳米管包埋在所述聚合物层中，多个碳纳米管的第一部分碳纳米管相互平行且间隔设置，该第二部分碳纳米管从所述聚合物层中暴露出来并与所述阴极电极直接接触，多个碳纳米管的第二部分碳纳米管从所述第一聚合物表面延伸出来并且倾倒在所述第一聚合物表面上，多个第二部分碳纳米管相互搭接在一起，形成一碳纳米管层，该碳纳米管层位于所述阴极电极和所述聚合物层之间。
2.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述第一部分碳纳米管的长度延伸方向与所述第一聚合物表面形成一大于0度并且小于90度的夹角。
3.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述第一部分碳纳米管的长度方向基本垂直于所述第一聚合物表面。
4.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述第二部分碳纳米管与所述第一聚合物表面形成一大于等于0度且小于等于15度的夹角。
5.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述第二部分碳纳米管平铺在所述第一聚合物表面。
6.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，多个第二部分碳纳米管的长度沿同一方向延伸。
7.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，多个第二部分碳纳米管的长度沿不同方向延伸。
8.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，多个第二部分碳纳米管在平行于碳纳米管层的方向各向同性。
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