[發明專利]Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機及其制備方法

在審

• 申請號: 201810440012.4
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108493327A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 邱宇;張笑桐;方勝利;儲懷龍;胡禮中
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L41/053
• 分類號: H01L41/053;H01L41/08;H01L41/113;H01L41/27;H01L41/317;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機，其特征在于，所述的Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機包括導電基底(1)、氧化鋅籽晶層(2)、氧化鋅納米線陣列(3)、Spiro-MeOTAD有機涂覆層(4)、上電極(5)、封裝層(6)、引線a(7-1)和引線b(7-1)；

所述的導電基底(1)作為發電機的下電極，氧化鋅籽晶層(2)生長在導電基底(1)上；所述的氧化鋅納米線陣列(3)以陣列形式生長在氧化鋅籽晶層(2)上，氧化鋅納米線陣列(3)的外層由Spiro-MeOTAD有機涂覆層(4)包裹；所述的上電極(5)位于氧化鋅納米線陣列(3)的上方；所述的引線a(7-1)和引線b(7-1)分別連接在上電極(5)和導電基底(1)上，作為電流電壓的輸出端；所述的封裝層(6)設置在上電極(5)和導電基底(1)的外圍，將所有組件圍在封裝層(6)的內部，形成Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機。

2.根據權利要求1所述的Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機，其特征在于，所述的氧化鋅籽晶層(2)是通過磁控濺射的方法生長在導電基底(1)上。

3.根據權利要求1或2所述的Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機，其特征在于，所述的氧化鋅納米線陣列(3)為具有壓電特性的N型半導體氧化鋅一維材料，通過水熱法生長在氧化鋅籽晶層(2)上。

4.根據權利要求1或2所述的Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機，其特征在于，所述的Spiro-MeOTAD有機涂覆層(4)為P型空穴傳輸層，材質為2,2’,7,7’-四(N,N-二對甲苯氨基)-9,9’-螺環二芴，是有機小分子聚合物；所述Spiro-MeOTAD涂覆層(4)通過旋涂法覆蓋于氧化鋅納米線陣列(3)之上，并在Spiro-MeOTAD/ZnO表面形成一個PN結耗盡層，具有單向導通的整流特性。

5.根據權利要求3所述的Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機，其特征在于，所述的Spiro-MeOTAD有機涂覆層(4)為P型空穴傳輸層，材質為2,2’,7,7’-四(N,N-二對甲苯氨基)-9,9’-螺環二芴，是有機小分子聚合物；所述Spiro-MeOTAD涂覆層(4)通過旋涂法覆蓋于氧化鋅納米線陣列(3)之上，并在Spiro-MeOTAD/ZnO表面形成一個PN結耗盡層，具有單向導通的整流特性。

6.根據權利要求1、2或5所述的Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機，其特征在于，所述的上電極(5)和導電基底(1)為ITO基底或FTO基底；所述的封裝層(6)的材料為PDMS或PMMA。

7.根據權利要求3所述的Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機，其特征在于，所述的上電極(5)和導電基底(1)為ITO基底或FTO基底；所述的封裝層(6)的材料為PDMS或PMMA。

8.根據權利要求4所述的Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機，其特征在于，所述的上電極(5)和導電基底(1)為ITO基底或FTO基底；所述的封裝層(6)的材料為PDMS或PMMA。

9.一種Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發電機的制備方法，其特征在于，步驟如下：

a、通過射頻磁控濺射的方法將氧化鋅籽晶層(2)生長在預先清洗好的導電基底1上；

b、通過水熱法將氧化鋅納米線陣列(3)生長在氧化鋅籽晶層(2)上；

c、通過旋涂法將Spiro-MeOTAD涂覆層(4)涂覆在氧化鋅納米線陣列(3)的外層；

d、將上電極(5)置于氧化鋅納米線陣列(3)的頂端；在上電極(5)和導電基底(1)上分別安裝引線a(7-1)和引線b(7-1)；最后將所有部件封裝在封裝層(6)內；

所述的步驟a具體為：將預先準備好的導電基底(1)依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗5-20min，清洗過后通過射頻磁控濺射的方法在導電基底(1)的表面生長氧化鋅籽晶層(2)，生長條件為：射頻功率100-160W、空腔壓強(1)×10^-3-1×10^-4Pa、氬氣濃度0.5-5Pa、濺射時間5-20分鐘；

所述的步驟b具體為：配置30-50mmol/L的乙酸鋅和六次甲基四胺的混合生長溶液，乙酸鋅和六次甲基四胺的摩爾比為1:1；然后將涂覆有氧化鋅籽晶層(2)的導電基底(1)和混合生長溶液置入密閉的反應釜中，在恒溫恒壓的條件下以90-100℃生長2-5小時，生長結束后將樣品用去離子水反復沖洗，得到生長有氧化鋅納米線陣列(3)的導電基底(1)；

所述的步驟c具體為：

(1)Spiro-MeOTAD溶液的配制：將每20-400mg的Spiro-MeOTAD溶于1ml的氯苯中，并添加tBP和濃度為300-800mg/mL鋰鹽的乙腈，得到Spiro-MeOTAD溶液；其中，tBP、鋰鹽的乙腈與氯苯的體積比為1-5:1-5:100；

(2)Spiro-MeOTAD溶液的旋涂：將配制好的Spiro-MeOTAD溶液取10-50微升/平方厘米滴到氧化鋅納米線陣列(3)上，之后以500-4000轉每分鐘的速度旋涂10-60秒；

所述的步驟d具體為：將上電極(5)置于氧化鋅納米線陣列3的頂端，再用銀漿在上電極(5)和導電基底(1)的邊緣連接引線a(7-1)和引線b(7-1)，將裝置在90-120℃條件下烘烤20-60分鐘使銀漿固化，最后將整個裝置外周涂覆膠狀環氧樹脂進行封裝，環氧樹脂固化后，即完成壓電器件的制備過程。