[发明专利]一种利用核壳纳米颗粒提高转化效率的有机太阳电池

权利要求书

1.一种利用核壳纳米颗粒提高转化效率的有机太阳电池，由第一电极、修饰层、活性层和第二电极组成，其特征在于，具有表面等离子体效应的核壳结构纳米颗粒至少包含于有机太阳电池活性层与修饰层交界处、活性层内部以及活性层与第二电极交界处这三个位置中的一个或多个位置。

2.根据权利要求1所述的有机太阳电池，其特征在于，所述的核壳结构为金属-介质核壳结构，其中金属是指Au、Ag、Cu、Al中的任意一种，介质是指柠檬酸结晶物、SiO₂、TiO₂、ZnO、SnO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的有机太阳电池，其特征在于，所述的核壳结构，其核层直径为5-50nm，壳层厚度为0.5-10nm。

4.根据权利要求1所述的有机太阳电池，其特征在于，所述的具有表面等离子体效应的核壳结构纳米颗粒应置于太阳能电池活性层和修饰层的交界处，核壳结构纳米颗粒一部分包含于修饰层，另一部分包含于活性层。

5.根据权利要求1所述的有机太阳电池，其特征在于，所述的具有表面等离子体效应的核壳结构纳米颗粒应置于活性层和第二电极的交界处，核壳结构纳米颗粒一部分包含于活性层，另一部分包含于第二电极内。

6.根据权利要求1所述的有机太阳电池，其活性层与修饰层的交界处和活性层内部均包含具有表面等离子体效应的核壳结构纳米颗粒，且活性层与修饰层的交界处的核壳结构纳米颗粒一部分包含于修饰层内，另一部分包含于活性层内；活性层内部的核壳结构纳米颗粒与共轭聚合物和PCBM活性层材料共混。

7.根据权利要求1所述的有机太阳电池，其活性层内部和活性层与第二电极的交界处均包含具有表面等离子体效应的核壳结构纳米颗粒，且活性层内部的核壳结构纳米颗粒与共轭聚合物和PCBM活性层材料共混；活性层与第二电极的交界处的核壳结构纳米颗粒一部分包含于活性层内，另一部分包含于第二电极内。

8.根据权利要求1所述的有机太阳电池，其活性层与修饰层交界处和活性层与第二电极交界处均包含具有表面等离子体效应的核壳结构纳米颗粒，且活性层与修饰层的交界处的核壳结构纳米颗粒一部分包含于修饰层内，另一部分包含于活性层内；活性层与第二电极的交界处的核壳结构纳米颗粒一部分包含于活性层内，另一部分包含于第二电极内。

9.根据权利要求1所述的有机太阳电池，其活性层与修饰层交界处、活性层内部和活性层与第二电极交界处均包含具有表面等离子体效应的核壳结构纳米颗粒，且活性层与修饰层的交界处的核壳结构纳米颗粒一部分包含于修饰层内，另一部分包含于活性层内；活性层内部的核壳结构纳米颗粒与共轭聚合物和PCBM活性层材料共混；活性层与第二电极的交界处的核壳结构纳米颗粒一部分包含于活性层内，另一部分包含于第二电极内。

10.一种利用金属-介质核壳纳米颗粒提高转化效率的有机太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法包括金属-介质核壳结构纳米颗粒的制备以及含有核壳结构纳米颗粒有机太阳电池的制作，金属-介质核壳结构纳米颗粒制备方法主要分为三步：1.制备金属纳米颗粒溶胶2.制备含介质元素的离子溶液3.将1与2混合反应得到金属-介质核壳纳米颗粒溶液。金属纳米颗粒溶胶制备方法为含有金属元素溶液作为氧化剂与还原剂溶液发生氧化还原反应，并在恒温条件下以固定转速频率搅拌，充分反应后保持搅拌状态下自然冷却至室温，即得到金属纳米颗粒溶胶；含介质元素的离子溶液也采用氧化还原反应在氮气保护条件下反应制得；将得到的含介质元素的离子溶液和之前的金属纳米颗粒溶胶混合后并在恒温条件下放置数十小时，即可得到以金属为内核、外层包裹一层介质的金属-介质核壳结构纳米颗粒溶胶，其金属内核约为5-50nm，介质层厚度约1-10nm；

制备含有核壳结构纳米颗粒有机太阳电池，首先需要在石英或玻璃基底表面蒸镀一层透明导电材料，然后以一定的转速下以旋涂甩胶的方式将修饰层材料，旋涂至透明导电材料表面上并烘干，再以滴定或旋涂的方式在修饰层上滴入上述方法制得得金属-介质核壳结构纳米颗粒溶胶，并用电热炉或烤箱烘干，即可得到包含于修饰层与后续形成的活性层交界处的金属-介质核壳纳米颗粒结构；在氮气保护条件下，用有机溶剂将核壳结构纳米颗粒溶胶与光敏活性层材料，充分混合溶解，并在氮气保护下以旋涂甩胶方式将混合溶液涂在上述制得的修饰层表面后，用电热炉烘干，即可得到包含于活性层内部的金属-介质核壳纳米颗粒结构；在旋涂好的活性层表面，以滴定的方式滴上金属-介质核壳纳米颗粒溶胶并用电热炉或烤箱烘干，再通过蒸镀或溅射的方式在表面已含有核壳纳米颗粒的活性层上覆盖一层金属电极作为第二电极，即可得到包含于活性层和第二电极交界处的金属-介质核壳纳米颗粒结构，至此也完成了含有核壳结构纳米颗粒有机太阳电池的制备。