[发明专利]一种应用于太阳能电池的活性层材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于太阳能电池的活性层材料的制备方法，尤其是涉及一种用作太阳能电池光吸收层材料的规则聚3-己基噻吩(rr-P3HT)/碳纳米管(MWCNT)/硫化镉(CdS)半导体量子点薄膜的制备方法。

背景技术

当今世界能源（如石油、天然气、煤炭等）面临危机，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源被世界各国广泛关注。而传统的无机太阳能电池由于其加工温度高，高真空以及大量平板印刷步骤引起的高成本限制其进一步商业化应用。以有机半导体材料代替无机半导体材料是太阳能电池发展的重要方向。共轭导电高分子材料的快速发展使得研究开发低成本太阳能电池成为可能。与无机半导体相比，聚合物材料具有柔韧性，制作容易，材料来源广泛，成本低，可以大面积制备等优势，但有机聚合物的光电转化效率远远低于传统无机太阳能电池效率。以导电聚合为电子给体材料，寻找适当的受体材料组成异质结太阳能电池是发展的趋势，到目前为止，对已有的吸光层材料的研究工作集中在以下方面: ①调整材料的带隙，改变活性层的吸收光谱，使之与太阳能光谱相匹配。如: 对聚合物大分子实施分子结构设计，使新型聚合物的能带与太阳光谱相匹配；或采用低带隙的聚合物与无机纳米晶的配合，通过调节晶型、粒子大小调节带隙。② 选择电离能相匹配的给体和受体材料，使得电荷在界面处有效分离。自1992年P3HT/C60复合物之间被发现有高效、快速光诱导电子转移以来，共轭聚合物与C60及其衍生物的配合被证明是比较有效地给体和受体。而具有较高电子亲合力的无机半导体量子点和带有较低电离电势的有机分子或聚合物也是较好的受体和给体。N．C.Greeham等人首次报道了MEH-PPV与CdSe纳米粒子（5nm）共混后的荧光淬灭现象，并制备出光电转换效率为0.1%的以直接太阳能电池；Huynh等采用一维CdSe纳米棒代替球状颗粒与聚噻吩共混，制备了太阳能电池。A. P. Alivisatos等尝试采用更长的CdSe纳米棒掺杂聚合物制备有机太阳能电池。③ 尽可能的形成独立的电子和空穴传输通道，避免载流子的复合。如：将无机半导体材料TiO2,ZnO沉积到电极上,并与聚合物配合起到电子受体的作用，这种结构具有直接电荷传输路径，使得载体流动性容易到达电极。

虽然对有机太阳能电池的研究取得了一定的进展，但要使得这类光电电池投入实际应用，仍然存在许多问题。其主要问题在于在聚合物半导体中，由于高分子的导电性较差，光照后产生的电子和空穴对迅速复合，使迁移率较传统无机半导体大为降低；另外，电荷传输取决于混合薄膜的互穿网络的渗透性，而这种渗透性是很难通过简单的热处理就能达到的。

具有较高电子亲合力的II-VI族量子点材料如CdS,具有明显的量子尺寸效应，且在较低电离电势的有机分子或聚合物之间有利于电荷运输以及保持光电完整性。此外，无机纳米材料的能级及带隙可通过改变纳米粒子的种类及尺寸来调节光波吸收和量子点的激发。

由于碳纳米管具有良好的电荷传导能力，具有很高的电荷运输效率，有利于碳纳米管与量子点之间的有效电荷传递。另外，碳纳米管还可以与含有p电子的共轭聚合物通过p-p*非共价键作用或化学接枝相结合，制备碳纳米管/聚合物功能复合材料，可大幅度提高共轭聚合物的量子效率。

基于以上分析,可以看到，要制备组装具有良好电荷运输速率、光电性能的太阳能电池，硫化物量子点/碳纳米管/共轭聚合物复合异质结构材料的制备是解决问题的关键。

发明内容

本发明设计了一种应用于太阳能电池的活性层材料的制备方法，其解决的技术问题是聚合物半导体中，由于高分子的导电性较差，光照后产生的电子和空穴对迅速复合，使迁移率较传统无机半导体大为降低；另外，电荷传输取决于混合薄膜的互穿网络的渗透性，而这种渗透性是很难通过简单的热处理就能达到的。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案： 

一种应用于太阳能电池的活性层材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、制备羟基化的rr-P3HT；步骤2、制备rr-P3HT接枝CNT；步骤3、制备CNT负载CdS；步骤4: 分别制备rr-P3HT+CdS+CNT共混物、rr-P3HT接枝CNT 与 CdS 共混物以及rr-P3HT与CNT负载CdS 共混物；步骤5、在不同的ITO玻璃表面分别涂敷步骤4中的三种共混物形成三种不同的太阳能电池活性层。