[发明专利]一种掺杂包覆纳米金属的聚合物太阳能电池制备方法

权利要求书

1.一种掺杂包覆纳米金属的聚合物太阳能电池制备方法，其特征在于：制备工艺包括下列步骤：

（1）将带有阳极电极的透明基底依次用洗涤剂、去离子水、丙酮、去离子水和异醇超声清洗，清洗后用干燥的氮气吹干，形成洁净的导电基底；

（2）将步骤（1）的导电基底转入等离子体表面处理仪，在25Pa气压、氧气和氮气环境下对导电基底等离子处理6分钟后冷却至室温；

（3）在经步骤（2）等离子处理过的导电基底的阳极电极上通过旋涂、气相沉积或磁控溅射的方法形成带有一层空穴传输层的导电基底；

（4）用硅烷偶联剂对合成的核壳结构纳米颗粒的表面进行处理，常温下反应12小时后，再离心、洗涤三次后冷冻干燥；核壳结构纳米颗粒是有机化合物或无机化合物作为隔离层通过化学法、物理气相沉积法、煅烧法或溶胶-凝胶法包覆纳米金属形成的颗粒物；

（5）按给体材料质量的1.5%取核壳结构纳米颗粒，将核壳结构纳米颗粒加入给体材料与受体材料质量比为1:1，总浓度为30mg/ml的氯苯溶液中，经超声充分分散，得分散均匀的混合溶液；

（6）将步骤（5）所得混合溶液通过匀胶机旋涂、气相沉积或磁控溅射的方法在步骤（3）的空穴传输层上形成一层掺杂核壳结构纳米颗粒的光活性层；

（7）将电子缓冲层的材质和阴极电极的材质通过匀胶机旋涂、气相沉积或磁控溅射的方法在步骤（6）的光活性层上形成电子缓冲层和阴极电极，得到掺杂有机或无机包覆纳米金属的聚合物太阳能电池。

2.如权利要求1所述的掺杂包覆纳米金属的聚合物太阳能电池制备方法，其特征在于：阳极电极为透明导电的金属氧化物或有掺杂的金属氧化物，包括氧化铟锡、掺氟氧化锡和氧化锡，阳极电极通过气相沉积、磁控溅射的方法形成，阳极电极的材质在可见光波长范围内有透过率；透明基底为硬质基底，包括玻璃和石英；或是柔性基底，包括柔性塑料基底中的聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚碳酸酯和聚氨酯；或选用透明或半透明的金属薄片作为电池基底，金属薄片包括金、银、铜、铝和镍；透明基底在可见光范围内有透过率，能够阻隔氧气和水，有平整度。

3.如权利要求1所述的掺杂包覆纳米金属的聚合物太阳能电池制备方法，其特征在于：空穴传输层为PEDOT:PSS聚合物导电聚合物薄膜或金属氧化物薄膜，包括氧化镍、氧化钒、氧化钼和酞菁铜，空穴传输层的材质有导电率和功函数，在可见光波长范围内有透过率。

4.如权利要求1所述的掺杂包覆纳米金属的聚合物太阳能电池制备方法，其特征在于：光活性层包括：聚合物给体材料、受体材料和核壳结构纳米颗粒；聚合物给体材料和受体材料混合形成互穿网络结构，有核壳结构纳米颗粒掺杂于活性层中；聚合物给体材料吸收光能产生激子，给体材料的LUMO能级高于受体材料的LUMO能级，激子在给体材料与受体材料界面处产生分离，形成电子和空穴，电子在受体材料中传输，空穴在给体材料中传输，最终分别到达阴极和阳极；有机或无机包覆纳米金属均匀分散在给体材料与受体材料的复合薄膜中；有机或无机包覆纳米金属的表面等离子体共振效应作用于周围的给体材料；聚合物给体材料包括聚噻吩类、聚对苯亚乙烯衍生物、D-A型窄带隙共轭给体聚合物材料和小分子给体材料，聚合物给体材料具有共轭结构，能够吸收可见光中的光能发生电子跃迁形成激子；受体材料为富勒烯衍生物，受体材料能在活性层材料中与聚合物给体材料形成纳米互穿网络结构，有着与聚合物给体材料不同的吸光范围。

5.如权利要求1所述的掺杂包覆纳米金属的聚合物太阳能电池制备方法，其特征在于：核壳结构纳米颗粒的核为纳米金属，包括银、金、铜、铂、钯、铁、钴或镍，纳米金属是球、棒、三角形、堆形或立方几何形状，尺寸在3到120纳米之间；核壳结构纳米颗粒是在纳米金属表面包覆一层对光吸收惰性的隔离层，厚度在0.3-30纳米，隔离层物质是一种一端对金属具有亲和性的两性嵌段高分子，包括聚乙烯吡咯烷酮-聚苯乙烯嵌段共聚物和硫醇封端的聚合物，或一种一端对金属具有亲和性的两性表面活性物质，包括硬脂酸钠、十二硫醇、十八硫醇和聚乙烯吡咯烷酮；或无机化合物，包括二氧化硅、二氧化钛和氧化锌。

6.如权利要求1所述的一种掺杂包覆纳米金属的聚合物太阳能电池制备方法，其特征在于：电子缓冲层的材质为氧化锌、氧化钛、钙、8-羟基喹啉铝（Alq₃）和碳酸铯，电子缓冲层的材质有导电率，功函数，在可见光波长范围内有透过率；阴极电极的材质包括铝和钙，电池的阴极电极的材质有导电性，功函数低，能够和功函数高的阳极电极形成内电场，有利于电子和空穴的提取。