[发明专利]一种基于洋葱碳纳米粒子/Ag复合电极的有机太阳能电池及其制备方法

摘要

一种基于洋葱碳纳米粒子/Ag复合电极的有机太阳能电池及其制备方法，属于有机太阳能电池制备技术领域。本发明通过简单的水热方法合成层状结构功能性洋葱碳纳米粒子，利用其高的电荷收集能力制作洋葱碳纳米粒子/Ag复合电极，并将该电极用于聚合物有机太阳能电池阳极的制作。洋葱碳纳米粒子由多层片状单层碳分子组成，具有很好的电荷存储效应，由于洋葱碳纳米粒子特殊层状结构，能够有效实现电荷收集与传输，因此可以有效加快太阳能电池载流子收集。同时，由于碳材料具有较高的光吸收特性，当材料接受光照以后，光激发电子能够有效填补银电极与传输层之间的界面陷阱，因此能够有效改善界面电荷传输，进而提高有机太阳能电池能量转换效率。

主权项

1.一种基于洋葱碳纳米粒子/Ag复合电极的有机太阳能电池，从下至上结构依次为ITO导电玻璃衬底、TiO2电子传输层、PTB7:PCBM活性层、MoO3空穴传输层、阳极组成；其特征在于：阳极为洋葱碳纳米粒子/Ag复合阳极，洋葱碳纳米粒子由多层片状单层碳分子组成，形状类似洋葱；且该太阳能电池由如下步骤制备得到，1)洋葱碳纳米粒子的合成将5～10mL的CHCl3加入到10～20mL的反应釜，在氩气环境中加入200～400mg的金属钾，然后反应釜在真空干燥箱内60～100摄氏度加热8～12小时，产物用乙醇与去离子水交替清洗3～7次，最后40～60摄氏度烘干10～18小时得到洋葱碳纳米粒子，纳米粒子直径20～60纳米；2)衬底的处理将ITO导电玻璃分别用去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗20～30分钟，清洗后用氮气吹干；3)电子传输层的制备a，TiO2溶胶配置向30～60mL的无水乙醇中加入5～20mL的C16H36O4Ti，搅拌50～90分钟；加入5～20mL冰醋酸和10～30mL无水乙醇，搅拌20～40分钟；加入5～20mL乙酰丙酮和10～30mL无水乙醇，搅拌20～40分钟；加入5～20mL去离子水和10～30mL无水乙醇，搅拌15～30h；静置2～4天后得到TiO2溶胶；b，TiO2电子传输层的制备将制得的TiO2溶胶旋涂在清洗后的ITO表面，旋涂速度为3000～5000rpm；然后将带有TiO2溶胶的ITO导电玻璃在350～500℃条件下退火2～3h；自然冷却至室温后，即在ITO导电玻璃上制得TiO2电子传输层，厚度为30～50nm；4)活性层的制备a，活性层溶液的配制室温条件下，将有机太阳能电池给体材料PTB7与受体材料PCBM以质量比1：1.5的比例溶于有机溶剂氯苯中，给体材料的浓度为5～10mg/mL，然后在100～400rpm的搅拌速度下搅拌24～48h，配置成活性层溶液；b，活性层的制备在TiO2电子传输层上旋涂活性层溶液制备活性层，旋涂速度为1000～1500rpm，制得的活性层的厚度为100～300nm；5)MoO3空穴传输层的制备在压强为1×10^‑4～1×10^‑5Pa条件下，在活性层上蒸镀MoO₃空穴传输层，厚度为3～8nm，生长速度为6)洋葱碳纳米粒子/Ag复合电极制备a,室温条件下，将步骤1)制备的洋葱碳纳米粒子溶于有机溶剂氯苯中，浓度为0.5～1.5mg/mL，然后在100～400rpm的搅拌速度下搅拌24～48h；在MoO3层上旋涂上述洋葱碳纳米粒子溶液制备洋葱碳纳米粒子层，旋涂速度为1000～1500rpm，制得的洋葱碳纳米粒子层的厚度为20～60nm；b,在压强为1×10^‑5～1×10^‑3Pa条件下，在洋葱碳层上蒸镀Ag电极，厚度为80～120nm，生长速度为进而制备得到基于洋葱碳纳米粒子/Ag复合电极的有机太阳能电池。