[發明專利]一種基于ZnO同質核殼結構納米棒陣列的有機/無機雜化太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201110387893.6
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102544378A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 吳璠;王命泰
• 申請（專利權）人: 中國科學院等離子體物理研究所
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種有機/無機雜化太陽電池，其特征在于：包括有玻璃襯基、作為陽極的ITO層、ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列、ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒外包覆的由ZnO量子點組成的殼層、ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列表面修飾的N719有機分子層、MEH-PPV膜層、PEDOT:PSS空穴傳輸層以及作為電池的陰極的Au膜層；所述的ITO層鍍在玻璃襯基上作為電池的陽極，以垂直生長于ITO層之上的ZnO納米棒-量子點同質結構納米棒陣列為電池的電子傳輸通道，用MEH-PPV為光吸收材料且MEH-PPV填充到ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒的間隙之中，同時在ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列上方形成MEH-PPV膜層，在MEH-PPV膜層上沉積PEDOT:PSS作為空穴傳輸層，在空穴傳輸層上沉積Au膜作為電池的陰極。

2.根據權利要求1所述的一種有機/無機雜化太陽電池，其特征在于：所述的空穴傳輸層優選由在MEH-PPV膜層上沉積PEDOT:PSS和異丙醇組成的混合液而得，所述的PEDOT:PSS和異丙醇的體積比為1∶0.5-1.5。

3.根據權利要求1所述的一種有機/無機雜化太陽電池，其特征在于：ITO層的厚度為50-200nm，ZnO納米棒-量子點同質核殼結構陣列的長度為150-700nm、直徑為20-90nm、棒的數量密度為3-6×10²個/μm²，ZnO殼層厚度為5-20nm，位于ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列上方的MEH-PPV膜層厚度為30-200nm，PEDOT:PSS層厚度為40-80nm，Au膜厚度為60-120nm。

4.一種權利要求1所述的有機/無機雜化太陽電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

A、將ITO導電玻璃上的ITO用濃鹽酸和Zn粉刻蝕成細條，再經丙酮、異丙醇、超純水超聲清洗干凈，干燥后得經過處理的ITO導電玻璃備用；

將0.12-0.20克醋酸鋅溶解于0.8-1.2克水中，待完全溶解后加入3-5毫升無水乙醇，再滴加80-120微升冰醋酸，將得到的混合物在室溫下攪拌1.8-2.2小時，再將所得的無色澄清透明溶液旋涂于經過處理的ITO導電玻璃上，得到均勻的醋酸鋅薄膜，接著在馬弗爐中于320-380℃下煅燒18-22分鐘得到覆蓋在ITO導電基片上的ZnO致密薄膜，將其置于0.04mol/L硝酸鋅[ZnO(NO₃)₂·6H₂O]和0.04mol/L六亞甲基四胺組成的水溶液中，密封后于85-95℃烘箱中反應1.8-2.2小時，得到ZnO納米棒陣列；

B、在室溫下，將步驟A所得ZnO納米棒陣列置于盛有濃度為0.01-0.03mol/L的醋酸鋅乙醇溶液的高壓釜中，密封后于90-100℃烘箱中反應1-4小時，得到由ZnO量子點組成的多晶膜為殼層的垂直生長于ITO層之上的ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列，ZnO殼層的厚度由高壓釜中的反應時間控制在5-20nm；

C、將B步驟得到ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列置于盛有濃度為2-8×10^-6mol/L的N719乙醇溶液的高壓釜中，密封后于70-90℃烘箱中反應6-10小時，得到N719修飾的ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列；

D、將以氯苯為溶劑且濃度為5-20mg/mL的MEH-PPV的溶液于室溫下旋涂到C步驟所得的N719改性的ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列上，并在惰性氣體保護下于120-180℃熱處理5-30分鐘，使得MEH-PPV填充到ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒的間隙之中并在ZnO納米棒-量子點同質核殼結構納米棒陣列上方形成MEH-PPV膜層；

E、在步驟D所得的MEH-PPV膜層上旋涂一層體積比為1∶0.5-1.5的PEDOT:PSS和異丙醇組成的混合液或PEDOT:PSS溶液，在惰性氣體保護下于100℃下熱處理5-30分鐘，得到PEDOT:PSS膜層作為空穴傳導層，在PEDOT:PSS膜層上通過熱蒸發方法蒸鍍厚度為60-120nm的Au膜，得到雜化太陽電池；

F、將雜化太陽電池在惰性氣體保護下進行封裝即得產品。

5.根據權利要求4所述的有機/無機雜化太陽電池的制備方法，其特征在于：步驟A所述的ITO導電玻璃的玻璃襯基可以用其他透明物質代替。