[发明专利]一种金属掺杂氧化锌液相均匀分散体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域。

背景技术

有机太阳能电池由于其在产品制造中具有的轻薄、柔性、易于在低温和非真空环境中大面积制备等特点，具有广阔的商业应用前景。界面层具有调节能级，提高电荷的传输和收集，提高活性层对光的吸收和提高器件稳定性的功能。所以，为满足社会发展对太阳能电池的高性能要求，对界面层的研究势在必行。氧化锌(ZnO)是研究最广泛的并且具有突出应用价值的界面层材料，因具有匹配的能级、高的电子迁移率、好的透光性和环境稳定性以及低成本的优点，同时，通过修饰掺杂的高电导率的ZnO还能低温溶液加工制备，并适用于卷对卷印刷制备柔性衬底的电池，在聚合物电池中得到广泛研究应用。然而，由于ZnO表面存在不同程度的缺陷，这些缺陷成为电子捕获中心，极大地抑制了光生载流子的收集，影响了它的进一步应用。

改善低温溶液法制备ZnO导致其表面缺陷多且导电率低的研究方法中，目前还是以元素掺杂为主，采用主族元素来对ZnO进行掺杂已见大量文献报道，如第Ⅱ主族的镁(Mg)、锶(Sr)和钡(Ba)，以及第Ⅲ主族元素的镓(Ga)、铟(In)和铝(Al)等，这些元素掺杂是作为N-型掺杂来替代Zn的位置和收集自由电子。Thambidurai等(J.Mater.Chem.C,2013,1,8161-8166)采用溶胶-凝胶旋涂的方法制备Ga掺杂ZnO，即GZO纳米晶薄膜，以该纳米晶薄膜为电子传输层基于PTB7:PC₇₁BM的聚合物太阳电池器件效率为7.34％。Wang等(J.Mater.Chem.C,2016,4,10820-10826)制备了高导电性、高稳定性的GZO纳米粒子用于PTB7-Th:PC₇₁BM体系中，效率达到9.83％，且当其厚度从15nm增长到96nm时，器件性能并没有发生明显衰减。Jagadamma等(Adv.Energy Mater.,2015,1500204)采用氨水处理AZO纳米晶，在125℃较低温度下溶液加工制备AZO阴极缓冲层，基于PTB7:PC₇₁BM活性层，在玻璃基底上得到10％的效率，在柔性基底上得到8％的效率，并且当AZO的厚度从22nm增加至75nm时，器件效率仅从8.8％降至8.1％。Liu等(Adv.Mater.,2016,28,7405-7412)通过低温溶液发制备了AZO前驱体溶液，在反应过程中向体系中加入乙醇胺作为配体，将这种AZO作为阴极界面层应用于PTB7-Th:PC₇₁BM体系中，器件效率达到10.42％(此时AZO厚度约为10nm)，并且当膜厚从10nm增长到120nm时，器件效率能够接近9％。但是，这种在AZO纳米粒子生长的同时引入与锌盐摩尔比为1:1的乙醇胺配体来提高分散性的方法，存在配体引入量过多且难以去除的弊端，从而影响AZO的导电性。中国专利CN 105621475A公布的一种金属掺杂氧化锌液相透明分散体及制备方法中也采用了加入表面活性剂改性AZO的粒径和分散性，并且加入量为理论产物中AZO质量的1～10％。众所周知，制备具有较高的电导率的纳米粒子分散体应用于厚度不敏感的界面层，对实现柔性可拉伸太阳能电池器件的制备以及大面积卷对卷印刷有着重要的推动作用。目前国内研究者在探讨印刷技术应用于聚合物太阳能电池方面鲜有报道，大面积利用低温溶液法制备分散稳定且具有高电导率和透光性的导电墨水技术领域的研究还比较少。

因此，需要通过溶液法制备分散稳定且具有高电导率和透光性的金属掺杂氧化锌导电墨水。本发明涉及一种高导电性、高稳定性的金属掺杂氧化锌液相均匀分散体的制备方法。该方法主要是先通过溶液法在60～80℃下低温合成金属掺杂氧化锌纳米粒子，然后将其分散在醇溶剂中，最后加入微量含氨基的表面活性剂来提高金属掺杂氧化锌分散体系的稳定性。而且通过实验证明，由于金属掺杂以及氨基与纳米粒子之间形成氢键作用，使得金属掺杂氧化锌分散体的导电性和分散稳定性得到有效地提高，可以应用于太阳能电池缓冲层的溶液印刷加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属掺杂氧化锌液相均匀分散体的制备方法，在醇相体系中，采用锌盐作为反应源，金属盐作为掺杂源，采用低温、溶液法制备了均匀分散且高导电性的金属掺杂纳米粒子的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的所述的一种金属掺杂氧化锌液相均匀分散体的制备方法，包括以下步骤：

a)将锌盐与金属盐加入氮气瓶中，再加入甲醇制得混合盐溶液；

b)将碱溶于甲醇溶液中，超声将其溶解，制得碱液；