[发明专利]碳量子点@氧化锌复合纳米材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种碳量子点@氧化锌（CQDs@ZnO）复合纳米材料，是采用原位合成方法，在醋酸锌无水甲醇溶液中加入碳量子点与氢氧化钾的无水甲醇混合溶液反应得到的复合纳米材料。本发明的碳量子点@氧化锌复合纳米材料改善了纯氧化锌纳米材料表面和内部的缺陷，并提高了氧化锌纳米材料的稳定性。将其运用于倒置有机太阳能电池中，作为有机太阳能电池阴极界面层材料，可以提高有机太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池技术领域，涉及有机太阳能电池用阴极界面层材料，特别是涉及一种可以作为阴极界面层材料的碳量子点@氧化锌（CQDs@ZnO）复合纳米材料，以及该复合纳米材料的制备方法。

背景技术

进入新世纪以来，能源危机与环境问题日益凸显，人们都在寻求更加清洁的可再生能源。太阳能电池可以将光能转换为电能，且光能取之不尽，用之不竭。

近年来，有机太阳能电池由于其轻柔、可大面积印刷及光伏一体化等优点，吸引了广大研究者的关注。然而当前的有机太阳能电池光电转换效率并不高，这成为了制约有机太阳能电池发展的一大瓶颈。

有机太阳能电池的结构主要由玻璃衬底、阴极、阴极界面层、有机活性层、阳极界面层、阳极6层材料构成。研究者们为了提高有机太阳能电池的效率，从不同的方向对这6层材料进行改性，其中之一就是对阴极界面层材料进行改性。

氧化锌纳米颗粒由于其优异的性能，被广泛用作有机太阳能电池的阴极界面层（ETL）材料。但是纯的氧化锌纳米颗粒存在大量的表面和内部缺陷，这些缺陷抑制了电荷传输效率，进而影响了有机太阳能电池的光电转换效率，限制了其进一步应用。

目前针对氧化锌纳米颗粒进行的改性处理包括对氧化锌的小分子修饰以及对氧化锌进行掺杂制备复合物。T. Stubhan等(Inverted organic solar cells using asolution processed aluminum-doped zinc oxide buffer layer. Org. Electron., 12(2011): 1539-1543.)用铝掺杂氧化锌制备AZO，有效提高了氧化锌的电子迁移率，并将其运用于有机太阳能电池中，提高了有机太阳能电池的光电转换效率。这种改性氧化锌的方式虽然可以提高氧化锌的电子迁移率，但是对于其表面缺陷改善作用有限，且制备工艺复杂，需要在260℃高温下处理，不能满足大批量生产的要求。

J. F. Wei等(Silane-capped ZnO nanoparticles for use as the electrontransport layer in inverted organic solar cells. ACS Nano., 2018, 12: 5518-5529.)利用硅烷包覆纳米氧化锌，改善了氧化锌的分散稳定性，并抑制了其表面缺陷，但是官能团的引入降低了氧化锌的电子迁移率，不利于提升有机太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳量子点@氧化锌（CQDs@ZnO）复合纳米材料，以及所述复合纳米材料的制备方法。以本发明所述复合纳米材料作为有机太阳能电池阴极界面层材料，可以提高有机太阳能电池的光电转换效率和氧化锌纳米材料的稳定性。

本发明所述的碳量子点@氧化锌复合纳米材料是采用原位合成方法，在醋酸锌无水甲醇溶液中加入碳量子点与氢氧化钾的无水甲醇混合溶液反应得到的复合纳米材料。

具体地，本发明所述的碳量子点@氧化锌复合纳米材料中，所述碳量子点与氧化锌的质量比为0.1～20∶100。

更具体地，所述碳量子点与氧化锌的质量比优选为0.5～5∶100。