[发明专利]一种基于金属氧化物‑金属纳米结构杂化电子传输层的聚合物太阳能电池及其制备方法

摘要

一种基于金属氧化物‑金属纳米结构杂化电子传输层的高效聚合物太阳能电池及其制备方法，属于聚合物太阳能电池技术领域。结构依次为ITO阳极、PEDOT:PSS空穴传输层、PTB7/PC71BM活性层、ZnONPs‑AuNRs杂化电子传输层和Al阴极，其中ITO阳极的厚度为150～200纳米、PEDOT:PSS空穴传输层的厚度为40～45纳米、PTB7/PC71BM活性层的厚度为90～100纳米、ZnONPs‑AuNRs杂化电子传输层的厚度为30～40纳米、Al阴极的厚度为90～100纳米；且ZnONPs‑AuNRs杂化电子传输层是通过在活性层上旋涂ZnONPs‑AuNRs混合分散液得到。本发明所述的太阳能电池不需要再经过热退火处理或紫外光照射，取而代之的是在测试电池的电流‑电压曲线前进行可见光的预照射，由此消除了紫外光照射对活性层的损害，基于ZnONPs‑AuNRs杂化层的电池展现出电学和光学性能的协同提高。

主权项

一种基于金属氧化物‑金属纳米结构杂化电子传输层的聚合物太阳能电池，其特征在于：结构依次为ITO阳极、PEDOT:PSS空穴传输层、PTB7/PC71BM活性层、ZnONPs‑AuNRs杂化电子传输层和Al阴极，且ZnONPs‑AuNRs杂化电子传输层是通过在活性层上旋涂ZnONPs‑AuNRs混合分散液得到，具体为，(1)制备ZnONPs甲醇分散液：向100～150mL无水甲醇中加入0.013～0.014mol二水醋酸锌，并在60～65℃回流搅拌溶解20～30分钟；另向50～70mL无水甲醇中加入0.023～0.026mol氢氧化钾，充分溶解后逐滴加入到醋酸锌的甲醇溶液中，滴加过程控制在8～10分钟内滴完；从开始滴加氢氧化钾开始算起，整个反应一共持续1.5～2.5小时，反应结束时溶液变白色，反应过程保持温度60～65℃；将得到的白色溶胶用甲醇清洗3～5次，通过超声处理将ZnONPs再分散到40～60mL无水甲醇中，得到半透明、淡蓝色的ZnONPs甲醇分散液，调节ZnONPs的浓度使该溶液在326到331纳米处吸光度为40～60O.D.；(2)向步骤(1)得到的ZnONPs甲醇分散液中加入乙醇胺并进行20～30分钟的超声处理得到ZnONPs分散液，ZnONPs分散液中乙醇胺的质量分数为0.15～0.25wt％；(3)制备AuNRs：将6～8mL、浓度0.05～0.1M的十二烷基三甲基溴化铵CTAB的异丙醇溶液与2～3mL、浓度1～3mM氯金酸的异丙醇溶液混合，接着加入0.5～1mL、浓度10～15mM、0℃的硼氢化钠的异丙醇溶液，27～30℃反应2～2.5小时获得种子溶液；另取浓度0.1～0.2M的CTAB异丙醇溶液60～70mL、浓度为1～2mM的氯金酸溶液50～60mL、浓度0.01～0.02mM的硝酸银溶液1～1.5mL、浓度为2～2.5M的盐酸溶液1～1.5mL，混合后获得生长溶液；将种子溶液1mL、浓度为0.1～0.15M的抗坏血酸溶液0.9～1mL加入到生长溶液中，反应5～7小时后8000～12000rpm离心15～20分钟，去掉上层清夜获得AuNRs溶胶，烘干溶剂得到AuNRs；(4)将烘干得到的AuNRs再分散至异丙醇中配制成浓度为0.8～1g/mL的AuNRs溶胶并加入到步骤(2)得到的ZnONPs分散液中，超声分散20～30分钟后静置12～20小时，然后将底部沉积的团聚物移除，从而获得ZnONPs‑AuNRs混合分散液；所加入的AuNRs溶胶的质量占总反应物的质量分数为1wt％～4wt％。