[发明专利]一种基于TiO2-CuInS2核壳纳米棒阵列的有机/无机杂化太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及纳米材料和能源领域，确切地说是一种基于TiO₂-CuInS₂异质核壳结构纳米棒阵列的有机/无机杂化太阳电池及其制备方法。 

背景技术：

利用有机共轭聚合物和无机半导体纳米结构组成的聚合物太阳电池是一种新型的有机/无机杂化太阳电池。由于其兼具聚合物（重量轻、柔韧性好、易大面积低价成膜等）和无机半导体材料（载流子迁移率高、性质稳定、结构易控制等）的优点，近年来成为低价太阳电池中的重要研究对象。用一维无机纳米棒（或线）阵列取代纳米颗粒与有机聚合物形成的复合结构是一种理想的有机/无机杂化太阳电池结构形式（Chem. Rev. 2007, 107, 1324-1338; Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 114-127; Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1851-1864; Adv. Mater. 2011, 23, 1810-1828; Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2700-2720）。一维无机纳米结构阵列可以提供直接的电子传输通道，使光生电子沿着取向生长的纳米阵列直接输运到收集电极上，可减少电荷的复合现象；同时，在这种复合结构中，既可以获得较大的电荷分离界面面积又可以克服聚合物中激子有效扩散长度短（5-20 nm）的缺点，还可以获得有机/无机界面和电荷传输通道在三维空间的稳定分布。ZnO纳米棒或线阵列，因容易由简单的方法制备，是目前此类取向结构杂化太阳电池中使用最多的一种材料（Energy Environ. Sci. 2009, 2, 19-34；Adv. Mater. 2011, 23, 1810-1828；Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2700-2720）。为了提高器件性能，通常要对ZnO表面进行修饰；然而，较强的酸（碱）性溶液会严重腐蚀ZnO（ACS Nano 2010, 4, 3302-3308），给ZnO表面的有效修饰带来困难。TiO₂纳米棒或线阵列（简称，TiO₂-NA）在强酸（碱）性溶液中稳定，可以克服ZnO材料在强酸（碱）性溶液中不稳定的缺点。然而，关于TiO₂-NA与聚合物组成的杂化太阳电池（简称，聚合物/TiO₂-NA电池）的报道还很少（Nanoscale 2012, 4, 1436-1445；Chem. Commun. 2012, 48, 2818-2820）。AM 1.5太阳光谱的最大光子流量在600-800 nm（2.07-1.55 eV），而常用于太阳电池的共轭聚合物（如，P3HT、MEH-PPV等）的带隙在3.54-1.91eV（350-650 nm）。共轭聚合物的吸收光谱较窄，已成为影响聚合物太阳电池效率的一个共性因素。 为了提高聚合物太阳电池对太阳光子的吸收效率，Cardoso等用化学浴的方法在TiO₂-NA表面沉积窄带隙半导体Sb₂S₃量子点，结合聚合物P3HT，得到了具有300-760 nm光谱响应范围和高短路电流J_sc的杂化太阳电池（Chem. Commun. 2012, 48, 2818–2820）。