[发明专利]一种表面钝化纳米金属杂化增强柔性的聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及聚合物太阳能电池领域，特别公开了一种表面钝化纳米金属杂化增强柔性的聚合物太阳能电池及其制备方法。该表面钝化纳米金属杂化增强柔性的聚合物太阳能电池，其特征在于：由下到上依次为带有OMO电极的柔性透明基底、表面钝化的纳米金属颗粒杂化的光活性层、空穴缓冲层和阳极电极；光活性层中分散有表面钝化的纳米金属颗粒。本发明结构设计合理，制备步骤简单，表面钝化的纳米金属颗粒掺杂于柔性结构的聚合物太阳能电池中，利用其LSPR效应和光散射效应显著提高电池器件的光吸收性能，同时保持电池器件较高的电荷传递和提取效率，最终提高电池器件的光电转化效率。

（一）技术领域

本发明涉及聚合物太阳能电池领域，特别涉及一种表面钝化纳米金属杂化增强柔性的聚合物太阳能电池及其制备方法。

（二）背景技术

随着化石能源的枯竭与环境污染的日益严重，开发利用清洁可再生的能源迫在眉睫，其中太阳能清洁、可再生、便于就地利用，是各国研究的重点。太阳能电池是开发利用太阳能的核心设备，聚合物太阳能电池相比于无机太阳能电池具有质轻、制作工艺简单、廉价、可卷曲等优点，然而目前其光电转换效率和稳定性等问题仍然限制着其工业化生产。

为追求高的光电转化效率，目前，聚合物太阳能电池多在硬的玻璃/氧化铟锡透明基底上构建，这虽然获得了较高的光电转换效率，但是与其所追求的质轻、可卷曲等优点相悖。因而，在柔性透明基底上构建聚合物太阳能电池更有意义。受电池光活性材料光利用率较差、光活性材料电子、空穴传输效率较低等因素的影响，电池器件的吸光性能较差。如何在不降低电子/空穴传输效率的情况下，提高电池器件的吸光性能是提高柔性电池器件光电转化效率的关键。

纳米金属的局域表面等离子体共振效应（LSPR）和光散射效应可以显著提高光活性材料的吸光性能。然而，裸漏的纳米金属颗粒直接接触光活性材料会造成激子的淬灭，从而显著降低电池的光电转化效率。因此需要对纳米金属颗粒表面做钝化处理。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构设计合理、吸光性能好、光电转换效率高的表面钝化纳米金属杂化增强柔性的聚合物太阳能电池及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种表面钝化纳米金属杂化增强柔性的聚合物太阳能电池，其特征在于：由下到上依次为带有OMO电极的柔性透明基底、表面钝化的纳米金属颗粒杂化的光活性层、空穴缓冲层和阳极电极；光活性层中分散有表面钝化的纳米金属颗粒。

本发明通过表面钝化的纳米金属颗粒的LSPR效应和光散射效应，显著提高了柔性电池器件的吸光性能，同时保持电池器件较高的电荷传递和提取效率，继而提高电池器件的光电流和光电转换效率。

本发明的更优技术方案为：

所述柔性透明基底为PET薄膜。

所述OMO电极为两无机氧化物层中间夹设金属层的三层结构电极；其中，所述金属层材料为Au、Ag或Cu，厚度为5-10nm；氧化物层的材料为半导体金属氧化物；OMO结构电极在保持较高光透过率的同时，保持较低的方块电阻。

所述表面钝化的纳米金属颗粒为球形，其尺寸为40-100nm，该球形包括构建成纳米核壳结构的壳层和中间核，壳层材料为SiO₂和绝缘大分子的混合物，厚度为10-20nm，在保障LSPR效应的同时，避免了激子淬灭；中间核的纳米金属为金或银；表面钝化的纳米金属颗粒通过超声分散的方法提前均匀的混合于光活性层溶液中，最终获得纳米金属颗粒均匀分散掺杂的光活性层薄膜。

所述光活性层由聚合物给体材料、富勒烯受体材料和表面钝化的纳米金属颗粒混合而成，其中，聚合物给体材料的结构中具有不饱和结构，受体材料为富勒烯衍生物，聚合物给体材料和受体材料的共混质量比为1:1.5-1.6。