[发明专利]ZnO纳米树阵列/共混聚合物共形结构杂化太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种在透明导电玻璃上制备ZnO纳米树基/共混聚合物共形结构杂化太阳能电池的方法，属太阳能电池技术领域。

背景技术

    太阳能占地球总能量99%以上，作为一种无污染且取之不尽的能源，成为解决能源危机的焦点。有机太阳能电池具有原料来源广泛、廉价，环境稳定性高，制备工艺灵活简单等优点，而日益受到人们关注，但转换效率相对无机太阳能电池，明显偏低，低载流子迁移率是一重要原因。通过无机纳米材料进行混合，利用无机纳米材料载流子迁移率高、化学稳定性好的优点，保留高分子材料良好的柔韧性和可加工性以及吸收系数高的特点，逐渐成为当今有机太阳能电池领域研究的热点。

    经对现有技术文献的检索发现，Seung Hwan Ko等人在《Nano LETTERS》第11卷（2011 年）666-671页报道了通过在FTO导电玻璃上生长纳米树阵列，并将该阵列应用在染料敏化太阳能电池，制备的太阳能电池具有更大的比表面积的界面，因此可以加载更多的染料，吸收更多的入射光，得到更大的转换效率。然而，该方法制备的纳米树阵列的高度及密度均不适用于载流子迁移速度很低的聚合物太阳能电池。目前，也尚未见到关于将纳米树阵列应用在杂化太阳能电池上的报道。

发明内容

    本发明目的在于提供一种工艺稳定、成本低廉的ZnO纳米树阵列/P3HT:PCBM（聚3-己基噻酚: [6,6]-苯基-C61丁酸甲酯）共混聚合物共形结构杂化太阳能电池制备方法。本发明中，ZnO纳米树基共形结构杂化太阳能电池通过电化学沉积、气氛原子层沉积、化学浴沉积、聚合物旋涂、金属电极蒸镀五步完成。制备出的ZnO纳米树基共形结构杂化太阳能电池，沉积的聚合物层和金属电极层部分保留了纳米树阵列的形貌，该结构可缩短载流子在聚合物中的传输路程，平衡电子在无机材料中的传输和空穴在聚合物中的传输，减少载流子在传输中的复合，改善太阳能电池的性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

（a）在导电玻璃基底上生长ZnO纳米棒主干

    采用电沉积及二电极体系；导电玻璃基底为FTO玻璃；配制0.01~0.05 mol/L的硝酸锌水溶液，电压在2.0~2.5 V，温度在75~95 ℃，沉积时间为20~40 min；之后，用去离子水反复清洗，去除样品上残留溶液离子；

（b）氮锌气氛原子种子层沉积

将样品放在温度为150 ℃的工作台上，样品台置于40 ℃的输气管下50 mm位置，以20~50 mm/s的速度反复震荡运动；以二乙基锌作为锌的前驱物，以纯水作为氧化剂，以氮气作为惰性气体，分离前驱物和氧化剂；

（c）将沉积种子层后的样品放入水溶液中进行化学浴沉积

    配制浓度为20~50 mM/L的硝酸锌和浓度为20~50 mM/L的六亚甲基四胺水溶液。待溶液温度升到75~95 ℃后，将样品放入溶液，沉积时间为60~180 min。沉积完成后，将样品取出，用去离子水超声清洗10 s；

（d）聚合物的旋涂

    将样品放入N₂气氛手套箱中的旋涂机上，用滴管将20 g/L的P3HT和20 g/L的PCBM的氯苯溶液均匀滴在样品表面。先以100 rpm速度旋转8 s，随后以1000~1500 rpm速度旋转60 s。旋涂后的共轭高分子呈散乱不规则的型态，必须利用退火使高分子重新排列，将样品在150 ℃加热20 min，提高P3HT的结晶度，改善P3HT分子链的排列。

（e）金属Ag电极的蒸镀

    将样品放入设计好的掩板上，然后放入真空蒸镀机；Ag导电层的蒸镀在气压为＜10^-6 Torr的真空环境中进行，蒸发沉积厚度为80~200 nm；最终制得共形结构杂化太阳能电池。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。

实施例一