[发明专利]一种在空气中制备有机-无机复合太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)及有序氧化锌(ZnO)纳米线共混制备的有机-无机太阳能电池研究领域，特别涉及一种在空气中制备硫化镉(CdS)修饰的有序ZnO纳米线(简称ZnO(CdS))与P3HT:PCBM共混制备的有机-无机复合太阳能电池(简称ZnO(CdS):P3HT:PCBM)的方法。

背景技术

P3HT与PCBM衍生物制备的聚合物太阳能电池转换效率已接近7％，而通常情况下，P3HT:PCBM聚合物电池的光电转换效率仅为3-4％。这是由于P3HT:PCBM活性层难以形成相互贯穿联通的网络结构，载流子迁移率低，活性层的光响应差，电极与光敏层间难以形成良好的欧姆接触，从而影响电池的效率与稳定性。在潮湿的空气中，P3HT:PCBM活性层容易被氧化而产生缺陷，损伤电池的效率，影响电池的稳定性(参见V.Chellappan，G.M.Ng，M.J.Tan，W.-P.Goh，F.Zhu，Appl.Phys.Lett.2009，95，263305)。故高效率的P3HT:PCBM基电池，均在惰性气体环境中制备。但维持P3HT:PCBM基电池整个制备过程中的惰性气氛，需要成套手套箱组。这样的手套箱组价格昂贵，维护成本高，而且在手套箱中制备电池操作不方便。对于大多数实验室来说，要拥有符合制备条件的整套手套箱组比较困难。可见，探索空气中制备高效率P3HT:PCBM基聚合物电池方法之重要性。

在P3HT:PCBM活性层中引入有序ZnO纳米线，可为电子的传导提供有序通道。但由于ZnO纳米线上容易出现氧空位，故本发明采用CdS修饰ZnO纳米线，以减少ZnO纳米线表面的缺陷，同时提高ZnO纳米线对太阳光的吸收。目前，探索在空气中制备高效率ZnO(CdS):P3HT:PCBM有机-无机复合太阳能电池的方法尚未见报道。可见ZnO(CdS):P3HT:PCBM有机-无机复合太阳能电池值得研究。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种在空气中制备ZnO(CdS):P3HT:PCBM有机-无机复合太阳能电池的方法，探索空气中制备ZnO(CdS):P3HT:PCBM高效率有机-无机复合太阳能电池的途径。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的ZnO(CdS):P3HT:PCBM有机-无机复合太阳能电池。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种在空气中制备ZnO(CdS):P3HT:PCBM有机-无机复合太阳能电池的方法，包括以下操作步骤：

(1)在清洁的氧化铟锡(ITO)导电玻璃上，采用旋涂法旋涂醋酸锌溶液，在300～500℃下热处理，制备厚度为50～100nm的ZnO膜；所述醋酸锌溶液以乙二醇甲醚为溶剂，浓度为5～15wt％；

(2)在乙二醇甲醚与异丙醇的质量比为2∶1～6∶1的溶剂中，加入醋酸锌，配置成浓度为2～10wt％的醋酸锌溶液；在醋酸锌溶液中加入PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)，搅拌使其溶解均匀，得到PVP浓度为2～10wt％的澄清透明溶液；将澄清透明溶液吸入注射器中，采用电纺丝法在步骤(1)所得有ZnO膜的ITO导电玻璃上制备有序纳米线，在400～500℃热处理纳米线，得到有序ZnO纳米线网络。

(3)将摩尔比为1∶1的硝酸镉与硫代乙酰胺配置成水溶液；采用纳米晶层沉积法(NanoCrystal Layer Deposition，NCLD)，将步骤(2)所得有序ZnO纳米线网络放入上述溶液中，常温下静置3～30分钟后，在有序ZnO纳米线上沉积CdS层，取出ZnO纳米线网络用去离子水、乙醇交替冲洗，吹干，即制得ZnO(CdS)纳米线网络。

(4)将质量比为1∶0.8～1∶1的P3HT与PCBM溶解在氯苯中配成浓度为36～40mg/ml的混合溶液，采用旋涂法将混合溶液注入到ZnO(CdS)纳米线网络中，得到ZnO(CdS):P3HT:PCBM活性层。

(5)将步骤(4)所得的ZnO(CdS):P3HT:PCBM活性层放入手套箱中，在100～150℃下热处理5～30分钟后取出，采用旋涂法在ZnO(CdS):P3HT:PCBM活性层上旋涂PEDOT:PSS(聚3，4-亚乙基二氧噻吩:聚对苯乙烯磺酸，从Baytron P，Bayer AG.购买，型号4083)溶液，在80～200℃下热处理30～120分钟，制备厚度为50～100nm的PEDOT:PSS膜，即得到有PEDOT:PSS阻挡层的ZnO(CdS):P3HT:PCBM活性层。