[發(fā)明專利]Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發(fā)電機及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810440012.4
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108493327A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱宇;張笑桐;方勝利;儲懷龍;胡禮中
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 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(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發(fā)明屬于納米發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，涉及Spiro?MeOTAD/ZnO壓電式納米發(fā)電機及其制備方法。納米發(fā)電機結(jié)構(gòu)包括氧化鋅納米線陣列、氧化鋅籽晶層、Spiro?MeOTAD有機涂覆層、導(dǎo)電基底、上電極、引線和封裝層。導(dǎo)電基底作為發(fā)電機的下電極，氧化鋅納米線陣列生長在覆蓋有氧化鋅籽晶層的導(dǎo)電基底上，Spiro?MeOTAD有機涂覆層覆蓋于氧化鋅納米線表面，形成PN結(jié)結(jié)構(gòu)；氧化鋅納米線陣列上方設(shè)有上電極，上電極和導(dǎo)電基底用兩根引線引出作為電流電壓的輸出端，最后整個器件用封裝層包裹。本發(fā)明PN結(jié)壓電式納米發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單緊湊、制備工藝簡單、并采用特殊方式使輸出性能得到大幅提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，涉及Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發(fā)電機及其制備方法，該發(fā)電機是一種由有機/無機異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的增強型直流納米發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

自上世紀八十年代以來，納米技術(shù)已在航天、生物、機械、電子等多個領(lǐng)域得到了空前的發(fā)展和應(yīng)用。其中，納米電子器件以其體積小、性能好、集成度高等優(yōu)點引起了世界各地科研工作者的濃厚興趣。隨著納米級便攜式、無線電子器件的蓬勃發(fā)展，研究為之提供能源的納米尺度的電源供應(yīng)技術(shù)則變得愈發(fā)重要，在各項有關(guān)納米能源的研究中，以佐治亞理工學(xué)院王中林教授所研究的基于氧化鋅納米線的納米發(fā)電機尤為顯著，此研究可在納米尺度范圍內(nèi)將環(huán)境中不易利用的機械振動、空氣流動、水流流動、人體機械運動的能量轉(zhuǎn)化成電能，不僅可以使納米器件在無外接電源的情況下連續(xù)工作，而且在一定程度上緩解了目前嚴峻的能源壓力。

盡管如此，納米發(fā)電機的一系列不足例如輸出功率過小、能量轉(zhuǎn)換效率低、性能不穩(wěn)定等缺點仍制約著其實用化的進程，其主要是因為由ZnO受力后而產(chǎn)生的壓電電荷會和其內(nèi)部的自由載流子發(fā)生中和。為了提高壓電式納米發(fā)電機的發(fā)電性能，人們通常采用一種P型半導(dǎo)體與氧化鋅形成PN結(jié)耗盡區(qū)以減少屏蔽效應(yīng)對于壓電電勢的影響。近年來，氧化鎳、氧化銅、氧化亞銅、P型硅等材料均被用來增強納米發(fā)電機的發(fā)電效率，但是無機半導(dǎo)體普遍存在生長工藝繁瑣、需高溫生長、柔性差容易磨損等缺點。而P型有機半導(dǎo)體材料因其具有制備過程簡單、常溫下易合成、柔性好、質(zhì)量輕等特性，而逐漸進入了人們的視野。為了解決傳統(tǒng)氧化鋅納米發(fā)電機制備工藝復(fù)雜、發(fā)電效率低、器件容易短路以及產(chǎn)生漏電流等問題，我們采用了一種新型有機半導(dǎo)體Spiro-MeOTAD與氧化鋅形成PN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)來增強其性能。盡管目前Spiro-MeOTAD以其高空穴產(chǎn)生率以及介孔填充率而在太陽能電池以及LED制造領(lǐng)域得到了廣泛的引用，但Spiro-MeOTAD在氧化鋅納米發(fā)電機領(lǐng)域的應(yīng)用仍是一片空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而提供了一種輸出效率更高、工藝更容易實現(xiàn)的壓電式納米發(fā)電機及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發(fā)電機，包括導(dǎo)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a7-1和引線b7-1；

所述的導(dǎo)電基底1作為發(fā)電機的下電極，氧化鋅籽晶層2生長在導(dǎo)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a7-1和引線b7-1分別連接在上電極5和導(dǎo)電基底1上，作為電流電壓的輸出端；所述的封裝層6設(shè)置在上電極5和導(dǎo)電基底1的外圍，將所有組件圍在封裝層6的內(nèi)部，形成Spiro-MeOTAD/ZnO壓電式納米發(fā)電機。

所述的氧化鋅籽晶層2是通過磁控濺射的方法生長在導(dǎo)電基底1上。

所述的氧化鋅納米線陣列3為具有壓電特性的N型半導(dǎo)體氧化鋅一維材料，通過水熱法生長在氧化鋅籽晶層2上。