[发明专利]一种聚合物/无机纳米晶杂化太阳能电池及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物/无机纳米晶杂化太阳能电池及其制法。 

背景技术

利用共轭聚合物作为电子给体、无机半导体纳米晶作为电子受体的聚合物/无机纳米晶杂化太阳能电池结合了有机半导体材料溶液加工和无机半导体载流子迁移率高的优点，成为近年来该领域的研究热点。氧化锌(ZnO)是环境友好材料，电子迁移率高，制备方法简单，这些优点使得ZnO在聚合物/无机纳米晶杂化太阳能电池中有着广阔的应用前景。2004年J.Janssen第一次采用氧化锌纳米粒子和[2-甲氧基-5-(3，7-二甲基辛氧基)-对-苯乙烯撑](MDMO-PPV)共混(Adv.Mater.2004，16，1009-1013)构造体异质结杂化太阳能电池，在100mW/cm²的AM1.5模拟太阳光条件下电池转换效率为1.6％。 

然而目前的聚合物-无机纳米晶薄膜太阳能电池的能量转换效率还比较低，其中的一个主要问题是同无机半导体纳米晶相比，共轭聚合物的载流子迁移率较低，限制了光生载流子的有效收集，因此导致电池的能量转换效率较低。如果解决此类电池中空穴的收集效率问题，能够使电池的能量转换效率有较大提高。 

发明内容

为了解决已有技术存在的电池的能量转换效率低的问题，本发 明提供了一种聚合物/无机纳米晶杂化太阳能电池及其制法。通过在铟锡氧化物(ITO)阳极表面引入高载流子迁移率的p型半导体氧化亚铜纳米晶作为空穴收集层提高电池的载流子收集效率。氧化亚铜(Cu₂O)纳米晶空穴收集层表面具有粗糙的表面结构，增大了与共轭聚合物的接触面积，从而形成有效的空穴传输通道提高共轭聚合物中空穴的收集效率，降低载流子的复合；进而提高电池的短路电流、开路电压、填充因子和能量转换效率。 

如附图1所示，一种聚合物/无机纳米晶杂化太阳能电池，其玻璃基板1和ITO阳极层2连接；共轭聚合物和氧化锌的共混物构成的光敏层4和阴极铝5连接；其特征在于，还有氧化亚铜空穴收集层3，所述的氧化亚铜空穴收集层3分别与ITO阳极层2和共轭聚合物和氧化锌的共混物构成的光敏层4连接；所述的铟锡氧化物阳极层2的厚度为80-150纳米；氧化亚铜空穴收集层3厚度为30-80纳米；光敏层4的厚度为100-200纳米；阴极铝5的厚度为80-200纳米。 

一种聚合物/无机纳米晶杂化太阳能电池及其制备方法，其步骤及条件如下： 

在惰性气氛手套箱中，将聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-苯乙烯撑](MEH-PPV)与ZnO以1∶3.3的质量比溶解于氯苯∶甲醇体积比为95∶5的混合溶剂中，得到混合溶液，将混合溶液磁力搅拌12个小时；所述的MEH-PPV的浓度为3.5毫克/毫升；ZnO的粒径为5纳米，ZnO的浓度为11.55毫克/毫升； 

将在玻璃基板1上厚度为80-150纳米的ITO阳极层2刻蚀成宽度为4毫米的细条状，将刻蚀好细条状的ITO玻璃清洗干净，放入烘箱中在120℃下烘干，再将其放置在涂膜机的托架上，通过0.45微米的过滤头将氧化亚铜乙二醇分散液均匀涂在ITO基板上，氧化亚铜纳米晶的粒径在20-100纳米之间，该分散液的浓度为7毫克/毫升，在450-4000转/分钟的转速下旋转一分钟，在ITO表面形成一层厚度为30-80纳米的氧化亚铜空穴收集层3，放入真空度为0.1帕斯卡的真空烘箱抽真空1小时除去乙二醇溶剂，再转移到手套箱中，放置在涂膜机的托架上，把搅拌好的MEH-PPV/ZnO混合溶液通过0.45微米的过滤头均匀涂在氧化亚铜空穴收集层3的上面，以900转每分钟的转速旋转涂膜，得到厚度为100-200纳米的光敏层4的衬底；

用转移瓶自手套箱中取出，再放入真空镀膜机中抽真空，当真空度达4×10^-4帕斯卡时，蒸镀80-200纳米的铝作为阴极5；通过以上步骤制成结构为TTO(120nm)/Cu₂O(30-80nm)/MEH-PPV：ZnO(140nm)/Al(80nm)的聚合物-无机纳米晶杂化杂化太阳能电池。该电池的有效面积为12平方毫米。 

 在强度为100毫瓦/平方厘米的AM 1.5G模拟太阳光下测试本发明的聚合物/无机纳米晶杂化太阳能电池的性能，包括开路电压、短路电流、能量转换效率和填充因子。