[發明專利]ZnO納米樹陣列/共混聚合物共形結構雜化太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201410473744.5
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104241534B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 任鑫;曹嬌;袁帥;施利毅
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及的是一種在透明導電玻璃上制備ZnO納米樹基/共混聚合物共形結構雜化太陽能電池的方法，屬太陽能電池技術領域。

背景技術

????太陽能占地球總能量99%以上，作為一種無污染且取之不盡的能源，成為解決能源危機的焦點。有機太陽能電池具有原料來源廣泛、廉價，環境穩定性高，制備工藝靈活簡單等優點，而日益受到人們關注，但轉換效率相對無機太陽能電池，明顯偏低，低載流子遷移率是一重要原因。通過無機納米材料進行混合，利用無機納米材料載流子遷移率高、化學穩定性好的優點，保留高分子材料良好的柔韌性和可加工性以及吸收系數高的特點，逐漸成為當今有機太陽能電池領域研究的熱點。

????經對現有技術文獻的檢索發現，Seung?Hwan?Ko等人在《Nano?LETTERS》第11卷（2011?年）666-671頁報道了通過在FTO導電玻璃上生長納米樹陣列，并將該陣列應用在染料敏化太陽能電池，制備的太陽能電池具有更大的比表面積的界面，因此可以加載更多的染料，吸收更多的入射光，得到更大的轉換效率。然而，該方法制備的納米樹陣列的高度及密度均不適用于載流子遷移速度很低的聚合物太陽能電池。目前，也尚未見到關于將納米樹陣列應用在雜化太陽能電池上的報道。

發明內容

????本發明目的在于提供一種工藝穩定、成本低廉的ZnO納米樹陣列/P3HT:PCBM（聚3-己基噻酚:?[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯）共混聚合物共形結構雜化太陽能電池制備方法。本發明中，ZnO納米樹基共形結構雜化太陽能電池通過電化學沉積、氣氛原子層沉積、化學浴沉積、聚合物旋涂、金屬電極蒸鍍五步完成。制備出的ZnO納米樹基共形結構雜化太陽能電池，沉積的聚合物層和金屬電極層部分保留了納米樹陣列的形貌，該結構可縮短載流子在聚合物中的傳輸路程，平衡電子在無機材料中的傳輸和空穴在聚合物中的傳輸，減少載流子在傳輸中的復合，改善太陽能電池的性能。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括如下步驟：

（a）在導電玻璃基底上生長ZnO納米棒主干

????采用電沉積及二電極體系；導電玻璃基底為FTO玻璃；配制0.01~0.05?mol/L的硝酸鋅水溶液，電壓在2.0~2.5?V，溫度在75~95?℃，沉積時間為20~40?min；之后，用去離子水反復清洗，去除樣品上殘留溶液離子；

（b）氮鋅氣氛原子種子層沉積

將樣品放在溫度為150?℃的工作臺上，樣品臺置于40?℃的輸氣管下50?mm位置，以20~50?mm/s的速度反復震蕩運動；以二乙基鋅作為鋅的前驅物，以純水作為氧化劑，以氮氣作為惰性氣體，分離前驅物和氧化劑；

（c）將沉積種子層后的樣品放入水溶液中進行化學浴沉積

????配制濃度為20~50?mM/L的硝酸鋅和濃度為20~50?mM/L的六亞甲基四胺水溶液。待溶液溫度升到75~95?℃后，將樣品放入溶液，沉積時間為60~180?min。沉積完成后，將樣品取出，用去離子水超聲清洗10?s；

（d）聚合物的旋涂

????將樣品放入N₂氣氛手套箱中的旋涂機上，用滴管將20?g/L的P3HT和20?g/L的PCBM的氯苯溶液均勻滴在樣品表面。先以100?rpm速度旋轉8?s，隨后以1000~1500?rpm速度旋轉60?s。旋涂后的共軛高分子呈散亂不規則的型態，必須利用退火使高分子重新排列，將樣品在150?℃加熱20?min，提高P3HT的結晶度，改善P3HT分子鏈的排列。

（e）金屬Ag電極的蒸鍍

????將樣品放入設計好的掩板上，然后放入真空蒸鍍機；Ag導電層的蒸鍍在氣壓為＜10^-6?Torr的真空環境中進行，蒸發沉積厚度為80~200?nm；最終制得共形結構雜化太陽能電池。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。

實施例一