[發明專利]一種應用于太陽能電池的活性層材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310742000.4
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103682179A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 吉靜;王峰;李現化;宋夜;康建忠;張良虎;覃事永;李志林;劉景軍;賈怡
• 申請（專利權）人: 北京化工大學;藍星（北京）化工機械有限公司
• 主分類號: H01L51/56
• 分類號: H01L51/56;H01L51/54
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司 11294
• 代理人: 涂蕭愷

技術領域

本發明涉及一種應用于太陽能電池的活性層材料的制備方法，尤其是涉及一種用作太陽能電池光吸收層材料的規則聚3-己基噻吩(rr-P3HT)/碳納米管(MWCNT)/硫化鎘(CdS)半導體量子點薄膜的制備方法。

背景技術

當今世界能源（如石油、天然氣、煤炭等）面臨危機，太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的綠色能源被世界各國廣泛關注。而傳統的無機太陽能電池由于其加工溫度高，高真空以及大量平板印刷步驟引起的高成本限制其進一步商業化應用。以有機半導體材料代替無機半導體材料是太陽能電池發展的重要方向。共軛導電高分子材料的快速發展使得研究開發低成本太陽能電池成為可能。與無機半導體相比，聚合物材料具有柔韌性，制作容易，材料來源廣泛，成本低，可以大面積制備等優勢，但有機聚合物的光電轉化效率遠遠低于傳統無機太陽能電池效率。以導電聚合為電子給體材料，尋找適當的受體材料組成異質結太陽能電池是發展的趨勢，到目前為止，對已有的吸光層材料的研究工作集中在以下方面:?①調整材料的帶隙，改變活性層的吸收光譜，使之與太陽能光譜相匹配。如:?對聚合物大分子實施分子結構設計，使新型聚合物的能帶與太陽光譜相匹配；或采用低帶隙的聚合物與無機納米晶的配合，通過調節晶型、粒子大小調節帶隙。②?選擇電離能相匹配的給體和受體材料，使得電荷在界面處有效分離。自1992年P3HT/C60復合物之間被發現有高效、快速光誘導電子轉移以來，共軛聚合物與C60及其衍生物的配合被證明是比較有效地給體和受體。而具有較高電子親合力的無機半導體量子點和帶有較低電離電勢的有機分子或聚合物也是較好的受體和給體。N．C.Greeham等人首次報道了MEH-PPV與CdSe納米粒子（5nm）共混后的熒光淬滅現象，并制備出光電轉換效率為0.1%的以直接太陽能電池；Huynh等采用一維CdSe納米棒代替球狀顆粒與聚噻吩共混，制備了太陽能電池。A.?P.?Alivisatos等嘗試采用更長的CdSe納米棒摻雜聚合物制備有機太陽能電池。③?盡可能的形成獨立的電子和空穴傳輸通道，避免載流子的復合。如：將無機半導體材料TiO2,ZnO沉積到電極上,并與聚合物配合起到電子受體的作用，這種結構具有直接電荷傳輸路徑，使得載體流動性容易到達電極。

雖然對有機太陽能電池的研究取得了一定的進展，但要使得這類光電電池投入實際應用，仍然存在許多問題。其主要問題在于在聚合物半導體中，由于高分子的導電性較差，光照后產生的電子和空穴對迅速復合，使遷移率較傳統無機半導體大為降低；另外，電荷傳輸取決于混合薄膜的互穿網絡的滲透性，而這種滲透性是很難通過簡單的熱處理就能達到的。

具有較高電子親合力的II-VI族量子點材料如CdS,具有明顯的量子尺寸效應，且在較低電離電勢的有機分子或聚合物之間有利于電荷運輸以及保持光電完整性。此外，無機納米材料的能級及帶隙可通過改變納米粒子的種類及尺寸來調節光波吸收和量子點的激發。

由于碳納米管具有良好的電荷傳導能力，具有很高的電荷運輸效率，有利于碳納米管與量子點之間的有效電荷傳遞。另外，碳納米管還可以與含有p電子的共軛聚合物通過p-p*非共價鍵作用或化學接枝相結合，制備碳納米管/聚合物功能復合材料，可大幅度提高共軛聚合物的量子效率。

基于以上分析,可以看到，要制備組裝具有良好電荷運輸速率、光電性能的太陽能電池，硫化物量子點/碳納米管/共軛聚合物復合異質結構材料的制備是解決問題的關鍵。

發明內容

本發明設計了一種應用于太陽能電池的活性層材料的制備方法，其解決的技術問題是聚合物半導體中，由于高分子的導電性較差，光照后產生的電子和空穴對迅速復合，使遷移率較傳統無機半導體大為降低；另外，電荷傳輸取決于混合薄膜的互穿網絡的滲透性，而這種滲透性是很難通過簡單的熱處理就能達到的。

為了解決上述存在的技術問題，本發明采用了以下方案：?

一種應用于太陽能電池的活性層材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1、制備羥基化的rr-P3HT；步驟2、制備rr-P3HT接枝CNT；步驟3、制備CNT負載CdS；步驟4:?分別制備rr-P3HT+CdS+CNT共混物、rr-P3HT接枝CNT?與?CdS?共混物以及rr-P3HT與CNT負載CdS?共混物；步驟5、在不同的ITO玻璃表面分別涂敷步驟4中的三種共混物形成三種不同的太陽能電池活性層。