[发明专利]Spiro-MeOTAD/ZnO压电式纳米发电机及其制备方法

说明书

本发明属于纳米发电机技术领域，涉及Spiro‑MeOTAD/ZnO压电式纳米发电机及其制备方法。纳米发电机结构包括氧化锌纳米线阵列、氧化锌籽晶层、Spiro‑MeOTAD有机涂覆层、导电基底、上电极、引线和封装层。导电基底作为发电机的下电极，氧化锌纳米线阵列生长在覆盖有氧化锌籽晶层的导电基底上，Spiro‑MeOTAD有机涂覆层覆盖于氧化锌纳米线表面，形成PN结结构；氧化锌纳米线阵列上方设有上电极，上电极和导电基底用两根引线引出作为电流电压的输出端，最后整个器件用封装层包裹。本发明PN结压电式纳米发电机结构简单紧凑、制备工艺简单、并采用特殊方式使输出性能得到大幅提高。

技术领域

本发明属于纳米发电机技术领域，涉及Spiro-MeOTAD/ZnO压电式纳米发电机及其制备方法，该发电机是一种由有机/无机异质结结构构成的增强型直流纳米发电装置。

背景技术

自上世纪八十年代以来，纳米技术已在航天、生物、机械、电子等多个领域得到了空前的发展和应用。其中，纳米电子器件以其体积小、性能好、集成度高等优点引起了世界各地科研工作者的浓厚兴趣。随着纳米级便携式、无线电子器件的蓬勃发展，研究为之提供能源的纳米尺度的电源供应技术则变得愈发重要，在各项有关纳米能源的研究中，以佐治亚理工学院王中林教授所研究的基于氧化锌纳米线的纳米发电机尤为显著，此研究可在纳米尺度范围内将环境中不易利用的机械振动、空气流动、水流流动、人体机械运动的能量转化成电能，不仅可以使纳米器件在无外接电源的情况下连续工作，而且在一定程度上缓解了目前严峻的能源压力。

尽管如此，纳米发电机的一系列不足例如输出功率过小、能量转换效率低、性能不稳定等缺点仍制约着其实用化的进程，其主要是因为由ZnO受力后而产生的压电电荷会和其内部的自由载流子发生中和。为了提高压电式纳米发电机的发电性能，人们通常采用一种P型半导体与氧化锌形成PN结耗尽区以减少屏蔽效应对于压电电势的影响。近年来，氧化镍、氧化铜、氧化亚铜、P型硅等材料均被用来增强纳米发电机的发电效率，但是无机半导体普遍存在生长工艺繁琐、需高温生长、柔性差容易磨损等缺点。而P型有机半导体材料因其具有制备过程简单、常温下易合成、柔性好、质量轻等特性，而逐渐进入了人们的视野。为了解决传统氧化锌纳米发电机制备工艺复杂、发电效率低、器件容易短路以及产生漏电流等问题，我们采用了一种新型有机半导体Spiro-MeOTAD与氧化锌形成PN异质结结构来增强其性能。尽管目前Spiro-MeOTAD以其高空穴产生率以及介孔填充率而在太阳能电池以及LED制造领域得到了广泛的引用，但Spiro-MeOTAD在氧化锌纳米发电机领域的应用仍是一片空白。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题而提供了一种输出效率更高、工艺更容易实现的压电式纳米发电机及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种Spiro-MeOTAD/ZnO压电式纳米发电机，包括导电基底1、氧化锌籽晶层2、氧化锌纳米线阵列3、Spiro-MeOTAD有机涂覆层4、上电极5、封装层6、引线a7-1和引线b7-1；

所述的导电基底1作为发电机的下电极，氧化锌籽晶层2生长在导电基底1上；所述的氧化锌纳米线阵列3以阵列形式生长在氧化锌籽晶层2上，氧化锌纳米线阵列3的外层由Spiro-MeOTAD有机涂覆层4包裹；所述的上电极5位于氧化锌纳米线阵列3的上方；所述的引线a7-1和引线b7-1分别连接在上电极5和导电基底1上，作为电流电压的输出端；所述的封装层6设置在上电极5和导电基底1的外围，将所有组件围在封装层6的内部，形成Spiro-MeOTAD/ZnO压电式纳米发电机。

所述的氧化锌籽晶层2是通过磁控溅射的方法生长在导电基底1上。

所述的氧化锌纳米线阵列3为具有压电特性的N型半导体氧化锌一维材料，通过水热法生长在氧化锌籽晶层2上。