[发明专利]以掺杂了生物材料GHK-Cu的ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了以掺杂了生物材料GHK‑Cu的ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法。该有机太阳能电池器件依次层叠的阴极基底、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极层；所述电子传输层为掺杂GHK‑Cu的ZnO薄膜。该有机太阳能电池中，生物材料GHK‑Cu修饰ZnO可以减少ZnO表面的缺陷，有效的降低电荷复合提高电荷的传输和收集，提高了薄膜的电导率，优化有机太阳能电池的性能；其次在ZnO中掺入的GHK‑Cu，有效的提高ZnO纳米粒子的结晶质量和载流子浓度，提高载流子的传输效率。本发明中将GHK‑Cu粉末用乙二醇甲醚与乙醇胺混合配成溶液再掺入ZnO溶液进行共混，后加以旋涂成膜，操作简单。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种以掺杂了生物材料GHK-Cu 的ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

聚合物太阳能电池已成为解决能源短缺的方法之一，其中包括聚合物太阳能电池和倒置聚合物太阳能电池(IPSCs)。然而，与倒置的聚合物太阳能电池相比，聚合物太阳能电池的稳定性相对较低。IPSCs由于具有灵活性，色彩鲜艳，电池装置结构多样，成本低廉和环境稳定等优点，因而在可再生能源领域受到广泛关注。根据先前报道，倒置聚合物太阳能电池的能量转换效率接近18％。倒置聚合物太阳能电池器件的结构包括阴极电极，电子传输层(ETL)，活性层，空穴传输层(HTL)和阳极电极。其中，ETL的物理和化学性质直接影响电子迁移和提取过程，这对于IPSCs的性能至关重要。

在IPSC中，ZnO已被广泛用作ETL，因为以ZnO作为ETL的IPSC具有比TiO_x和Cs₂CO，作为ETL更好的电导率。然而ZnO表面存在氧空位缺陷，导致存在许多锌悬空键，这些锌悬空键作为复合中心捕获光生载流子并降低电子传输效率，从而限制了聚合物太阳能电池的效率。此外，ZnO纳米颗粒表面上离子吸收的O₂会阻碍电子的传输，这将导致所谓的光吸收效应。因此，制备具有良好电子传输和空穴阻隔性的高导电性ZnO ETL是非常重要。

通过在ZnO掺杂金属氧化物(包括掺杂有碱金属,如Sn⁴⁺，Mg²⁺和Al³⁺) 可以解决或消除该问题，以钝化表面缺陷，增强电荷传输并改善器件性能。自组装单分子层(SAM)，表面小分子或聚合物改性以及有机-无机复合材料已用于ZnO的改性表面。ZnO表面疏水性的改善和表面粗糙度的光滑度有利于增强器件的电导率。如Pu Fan等人报道的,聚合物聚苯乙烯改性的ZnO纳米粒子可作为聚合物太阳能电池的电子传输层。但所制备的ZnO电子传输层相对比较粗糙，不利于电子传输层和活性层的相容性和对ZnO表面缺陷的抑制作用，这将阻碍电子传输层电导率的有效提高。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种以掺杂了生物材料GHK-Cu的ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法。

基于此，本发明提供一种以掺杂了生物材料GHK-Cu的ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的以掺杂了生物材料GHK-Cu的ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池是一种以掺杂了生物材料蓝铜肽(Gly-His-Lys-Cu,GHK-Cu)的 ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池。

本发明提供的有机太阳能电池中，生物材料GHK-Cu修饰ZnO可以减少 ZnO表面的缺陷，有效的降低电荷复合提高电荷的传输和收集，提高了薄膜的电导率，优化有机太阳能电池的性能；其次在ZnO中掺入的GHK-Cu，有效的提高ZnO纳米粒子的结晶质量和载流子浓度，提高载流子的传输效率。

本发明提供的以掺杂了生物材料GHK-Cu的ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池，包括依次层叠的阴极基底、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极层；所述电子传输层为掺杂了GHK-Cu的ZnO薄膜。