[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

说明书

技术领域：

本发明属于太阳能电池制备技术领域，涉及一种掺杂包覆纳米金属的聚合物太阳能电池制备方法，将有机或无机材料包覆的纳米金属直接掺杂于聚合物太阳能电池的活性层中，提高电池的光电转换效率。

背景技术：

随着经济的发展，有限的煤、石油、天然气等矿物能源已经远不能满足人类发展的需求，并且使用矿物能源所带来的污染问题也日趋严重，因此开发新的可再生，低污染能源成为当务之急。太阳能是环保、长久、取之不尽用之不竭的绿色能源，将太阳能转换成电能的太阳能电池是各国科学界研究的热点和产业界开发、推广的重点。相对于无机太阳能电池，聚合物太阳能电池具有成本低、制作工艺简单、重量轻、可制备成柔性器件等突出优点，另外共轭聚合物材料种类繁多、可设计性强，通过材料的改性可以有效地提高太阳能电池的性能，因此，这类太阳能电池具有广阔的发展和应用前景，成为重要的研究方向。

现有的聚合物太阳能电池通过结构分类可分为单层Schottky电池、双层异质结电池和体异质结电池，高效率的聚合物太阳能电池通常采用体异质结结构，即聚合物给体材料与受体材料形成互穿网络结构，体异质结结构能够增加给体与受体的接触面积，弥补机子扩散距离较短的缺陷，提高激子分离的效率和太阳能转化的效率。同时由于聚合物太阳能电池光能利用率不高，自由电子的迁移率低，电子空穴复合概率高等缺点，聚合物太阳能电池的光转化效率仍然远低于无机太阳能电池的光转化效率。在传统的聚合物太阳能电池结构中，增加聚合物太阳能电池活性层的厚度可以增加光能的吸收，但由于其自由电荷迁移率很低，增加电池活性层厚度必然引起导出自由电荷的能力下降，增加的光能并不能有效地转化为电能，因此如何在不增加光活性层厚度的前提下提高电池的光转化效率是一个非常重要的研究课题。纳米金属颗粒的表面等离子体共振效应可以在不增加聚合物太阳能电池光活性层厚度的情况下增加光活性层的光吸收，从而增加聚合物太阳能电池的效率。表面等离子共振效应是由入射光的频率与纳米金属表面的自由振荡电子的振荡频率相当时引起的共振效应，表面等离子共振效应引起光的选择性吸收、散射以及纳米金属表面的电磁场增强等效应，如何利用纳米金属表面等离子体共振效应提高太阳能电池的光电转化效率具有重要的研究价值。

现有技术中，中国专利201110068868.1号公开了一种聚合物太阳能电池，该聚合物太阳能电池在制备过程中，在电池的背电极与光活性层之间制备了一层由金属纳米链组成的纳米金属薄膜，该结构虽然能有效地提高电池的光吸收效率，但是直接接触光活性层，极易造成局部的激子淬灭，影响电池的电学性能；中国专利201210231569.x号公开了一种改进的聚合物太阳能电池，该聚合物太阳能电池在制备过程中，在电子传输层或空穴传输层中设有纳米颗粒，通过金属纳米颗粒的表面等离子体效应增加光活性层的光吸收效率，同时避免纳米颗粒直接接触光活性层，影响电池效率，但是该技术中金属纳米颗粒的表面等离子体效应作用范围受到限制，仅仅可以作用于靠近电子或者空穴传输层的光活性材料，限制了该效应的作用。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种制备掺杂有机或无机包覆纳米金属的聚合物太阳能电池的方法，将纳米金属引入体异质结结构聚合物太阳能电池（HJPSC）的光活性层中，利用纳米金属特有的表面等离子体共振效应（SPR）促进光活性材料的光吸收效率，在不增加聚合物太阳能电池厚度的前提下，提高电池的光电转化效率。

为了实现上述目的，本发明的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；