[發(fā)明專利]一種基于三元納米陣列的有機/無機雜化太陽電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103137868A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 劉長文;王命泰;邱澤亮;張慧
• 申請（專利權）人: 中國科學院等離子體物理研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域：

本發(fā)明涉及納米材料和能源領域，確切地說是一種基于三元納米陣列的有機/無機雜化太陽電池及其制備方法。

背景技術：

由有機共軛聚合物和無機半導體納米結構組成的聚合物太陽電池是一種新型的有機/無機雜化太陽電池。由于其兼具聚合物（重量輕、柔韌性好、易大面積低價成膜等）和無機半導體材料（載流子遷移率高、性質(zhì)穩(wěn)定、結構易控制等）的優(yōu)點，近年來成為低價太陽電池中的重要研究對象。通常，將無機半導體納米顆粒與有機聚合物在有機溶劑中混合，實現(xiàn)簡單共混，再由適當方式將這些簡單共混物制成無序有機/無機雜化電池；例如，有機聚合物與ZnO（Adv.?Funct.?Mater.?2006,?16,?1112-1116）、TiO₂（Appl.?Phys.?Lett.?2007,?90,?183513）、PbS（Nanotechnology?2009,?20,?095202）、PbSe（ACS?Nano?2009,?3,?1345-1352）或CdSe（J.?Phys.?Chem.?C?2010,?114,?12784-12791）等無機半導體納米顆粒組成的太陽電池。然而此類電池效率較低，其中沒有理想的電子傳輸通道及較為嚴重的界面電荷復合是重要的影響因素。

用一維無機納米棒（或線）陣列取代納米顆粒與有機聚合物形成的復合結構是一種理想的有機/無機雜化太陽電池結構形式（Chem.?Rev.?2007,?107,?1324-1338;?Energy?Environ.?Sci.?2010,?3,?1851-1864;?Adv.?Mater.?2011,?23,?1810-1828;?Energy?Environ.?Sci.?2011,?4,?2700-2720）。首先，納米結構陣列可以提供直接的電子傳輸通道，使光生電子沿著取向生長的納米陣列直接輸運到收集電極上，可以減少電荷的復合；其次，在這種復合結構中，既可以獲得較大的電荷分離界面面積，又可以克服聚合物中激子有效擴散長度短（5-20?nm）的缺點，提高了聚合物中激子的利用效率；再者，預先生長在襯基上的陣列，可以保持有機/無機界面和電荷傳輸通道在三維空間的穩(wěn)定分布。ZnO納米棒或線陣列（簡稱，ZnO-NA）具有許多優(yōu)點，例如，性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)境友好、電子遷移率高及容易由簡單的方法實現(xiàn)大面積制備等，是目前此類取向結構雜化太陽電池中使用最多的一種材料（Energy?Environ.?Sci.?2009,?2,?19-34；Adv.?Mater.?2011,?23,?1810-1828；Energy?Environ.?Sci.?2011,?4,?2700-2720）。通常，ZnO-NA與聚合物組成的雜化太陽電池（簡稱，聚合物/ZnO-NA電池）的開路電壓（V_oc）和短路電流（J_sc）不太理想，導致電池的轉換效率較低（大都在0.2%-0.5%），尤其是V_oc較低（大都在0.1-0.4?V左右）。