[發明專利]一種SnO2與P3HT雜化異質結薄膜太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210292721.5
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102856499A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 張艷鴿;王敏;李品將;白贏贏;李明;鄭直;張福捐;楊風嶺
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國;伍見

技術領域

???本發明屬于材料化學技術領域，尤其涉及一種在ITO導電玻璃基底上制備SnO₂與P3HT?雜化的異質結薄膜的方法。

背景技術

???全球能源需求逐年增加，太陽能的開發利用已成為世界關注的熱點課題。在太陽能電池的發展歷程中，可分為以單晶硅和多晶硅為材料的第一代太陽能電池，利用薄膜材料完成光電轉換的第二代太陽能電池，在薄膜電池的基礎上引入有機物和無機納米科技的第三代太陽能電池，第四代電池主要為多層結構。人們正不斷尋找新的材料和方法，期望使用簡單的生產工藝制備出低成本高效率的太陽能電池。有機物薄膜太陽能電池受到極大關注，利用有機物的可溶性，在常溫常壓下直接在電極表面成膜，形成活性層。但由于有機物自身的電荷遷移率較低，因此目前為止其能量轉化效率并不理想。與有機物不同，大多無機半導體材料都具有較高的電荷遷移率，所以人們綜合有機物和無機物各自的優點，制備出有機無機雜化薄膜的太陽能電池。

???美國加利福尼亞州立大學伯克利分校的Alivisatos?研究組報道了使用CdSe?半導體納米棒作為受體，與P3HT共混制備的共軛聚合物/無機半導體納米晶雜化薄膜太陽電池，能量效率達到1.7%。n?型無機半導體與p?型半導體的聚合物形成互穿網絡，作為電子受體的無機半導體材料具有以下優點：(1)?納米粒子的能級及帶隙可通過改變納米粒子的種類及尺寸來調節，使其在整個可見光范圍都有吸收，可以擴大聚合物有機層對太陽光譜的吸收范圍，改善電池響應光譜與太陽輻射的匹配性；(2)?納米材料有較高的電子遷移率，化學穩定性較好。在此基礎上，人們使用其他的無機半導體材料（ZnO、ZnS、TiO₂等）與有機物（P3HT或者MEHPPV）雜化，制備出一系列類似結構的太陽能電池器件，且效率也提高到5.06%。這為無機半導體納米晶的應用打開了一個新的領域，引起了廣泛關注。

SnO₂屬于一種寬帶隙n型半導體材料，其直接禁帶寬度為3.6eV，作為一種環保型半導體材料，由于具有電子傳輸性好、合成工藝簡單、成本低、毒性低、穩定性好、使用壽命長等優點，在光電池領域中具有很高的應用價值，目前其大多應用于鋰離子電池和染料敏化電池中，而對于SnO₂與有機共軛聚合物雜化做薄膜太陽能電池方面的報道很少。另外，就目前同類制備研究而言，這類材料的制備大多以金屬錫鹽作為錫源，采用水與溶劑熱法或者溶膠-凝膠法制備SnO₂納米粉體材料，然后利用刮刀法或旋涂技術等進行薄膜的制備；或是在基底上種植一層晶種進行誘導生長形成薄膜。但在組裝太陽能光伏器件，測試光電轉換性能方面存在一些缺陷：第一，制備過程中實驗步驟要求繁瑣，條件苛刻，且會用到一些有毒反應物或溶劑，危害健康，造成污染；第二，在成膜過程中，晶種誘導生長或旋涂法等技術對薄膜的厚度和分布均勻度很難控制；因此，在與有機聚合物進行復合時，會直接影響復合效果，從而影響光電轉換效率。因此，對于有重要應用價值的半導體材料，無論工業應用還是實驗室研究，都對材料制備技術提出了更高的要求，即采用簡單的工藝、廉價的原料，盡量降低能耗，合成出對環境無污染，高純度的產品，以滿足當今資源短缺、能源不足條件下的制備要求。

???本發明采用在低溫條件下水與溶劑熱法來實現SnO₂納米薄膜材料的制備，并將其與P3HT雜化，組裝有機無機雜化的異質結薄膜太陽能電池光伏器件，研究其光電轉換性能。整個制備過程操作簡便、綠色環保，能耗低，使用原料成本低廉，無任何毒害副產物。

發明內容

???本發明所要解決的問題是：提供一種直接在導電玻璃基底上低溫水與溶劑熱合成SnO₂納米薄膜材料的化學方法，并將其與P3HT雜化，制備SnO₂與P3HT（SnO₂/P3HT）雜化的異質結薄膜太陽能電池器件。

本發明對要解決的問題所采取的技術方案是：

????本發明的一種無機/有機雜化的異質結薄膜太陽能電池器件，它為ITO/SnO₂:P3HT/Al無機/有機雜化的異質結薄膜太陽能電池器件。