[发明专利]一种ZnMgO纳米柱氧化铝纳米颗粒复合薄膜作为电子传输层的倒结构有机太阳电池

说明书

本发明涉及新能源技术领域，公开了一种ZnMgO纳米柱氧化铝纳米颗粒复合薄膜作为电子传输层的倒结构有机太阳电池。该太阳能电池包括ZnO薄膜、位于ZnO薄膜上部的ZnMgO纳米柱/氧化铝纳米颗粒复合薄膜、位于ZnMgO纳米柱/氧化铝纳米颗粒复合薄膜上部的聚合物活性层、位于聚合物活性层上部的空穴传输层和位于空穴传输层上部的电极层；本发明在太阳能电池电子传输层采用在ZnMgO纳米柱之间填充氧化铝纳米颗粒作为电子传输层的倒结构，大大提高太阳能电池的光能吸收率和光能转化率。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种ZnMgO纳米柱氧化铝纳米颗粒复合薄膜作为电子传输层的倒结构有机太阳电池。

背景技术

近年来，随着煤、石油、天然气等传统能源的逐渐耗尽，能源危机问题越来越受到重视。太阳能电池以半导体技术为媒介，能够实现光能与电能的直接转换。到目前为止，太阳电池已经发展有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳电池、铜铟镓硒电池、碲化镉电池、染料敏化电池和有机电池（Organic Solar Cells, OSCs）等多种类型。有机太阳电池（Organicsolar cells，OSCs）具备独特的优势。如：材料来源广泛，并可通过分子设计合成新的材料；制备方法简单，可采用旋转涂膜，喷墨打印，丝网印刷等廉价制备方法进行大面积制造；可采用柔性衬底，重量轻，成本低等。因此，OSCs日益受到人们的重视并得到快速的发展。

目前研究较多的一种电池结构为倒结构聚合物太阳电池，一般倒结构聚合物太阳电池结构为ITO/电子传输层/活性层/空穴传输层/金属电极。通常情况下，采用金属氧化物作为电子传输层，如TiO₂， ZnO等。在有机太阳能电池中，ZnO薄膜通常作为电子传输、空穴阻挡层，位于阴极和有机活性层材料之间。但是，由于ZnO薄膜光学性能较差，限制了有机电池光电转换效率的提高。

发明内容

本发明是为了克服现有技术于ZnO薄膜光学性能差问题，提供一种光学性能较好的ZnMgO纳米柱氧化铝纳米颗粒复合薄膜。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种ZnMgO纳米柱氧化铝纳米颗粒复合薄膜作为电子传输层的倒结构有机太阳电池，包括ZnO薄膜、位于ZnO薄膜上部的ZnMgO纳米柱/氧化铝纳米颗粒复合薄膜、位于ZnMgO纳米柱/氧化铝纳米颗粒复合薄膜上部的聚合物活性层、位于聚合物活性层上部的空穴传输层和位于空穴传输层上部的电极层；所述ZnMgO纳米柱/氧化铝纳米颗粒复合薄膜的制备方法包括以下步骤：

（1）ZnMgO纳米柱生长液配制：将1.2~1.5g六水合硝酸锌、0.6~1g六亚甲基四胺和0.2~0.3g六水合氯化镁加入100~120mL去离子水中，搅拌溶解配制成ZnMgO纳米柱生长液；

（2）ZnMgO纳米柱薄膜制备：将ZnO薄膜正面朝下浸入到ZnMgO纳米柱生长液中，然后放置在高压釜中在85℃~130℃温度条件下加热3~7小时；从高压釜中取出ZnO薄膜，待其温度降至室温后使用去离子水清洗，烘干在ZnO薄膜正面生长出ZnMgO纳米柱薄膜；

（3）异丙醇铝溶胶配制：将20~30mL异丙醇铝加入到锥形瓶中，加热到85~100℃，磁力搅拌30 ~40min，然后将其加入80~100mL去离子水中，形成溶胶溶液，静置陈化20~24h，再加热至70~80℃，高速搅拌除去醇溶液，加入溶胶剂使其沉淀成胶，然后加热至80~100℃，蒸发回流3~5小时，加入0.1~0.2 mol/L的稀盐酸溶液调节pH至3.5~4，在80 ~85℃的条件下恒温蒸发回流6~18h得到稳定的异丙醇铝透明溶胶；