[发明专利]一种基于活性层掺杂和传输层修饰的互补型等离子体共振有机太阳能电池及其制备方法

摘要

一种基于活性层掺杂和传输层修饰的互补型等离子体共振有机太阳能电池及其制备方法，属于有机太阳能电池技术领域。本发明所述的一种基于活性层掺杂和传输层修饰的互补型等离子体共振有机太阳能电池，其特征在于：从下至上，依次为ITO导电玻璃衬底/TiO₂电子传输层/Au‑Ag核壳结构纳米粒子掺杂的活性层/Ag‑Au核壳结构纳米粒子层/MoO₃空穴传输层/Ag阳极组成。本发明工艺简单，器件制备过程基于溶液方法，低能耗，成本低，不产生有害副产物，易于操作。有效提高有机太阳能电池的效率，为未来有机太阳能电池的发展有很大借鉴意义。

主权项

1.一种基于活性层掺杂和传输层修饰的互补型等离子体共振有机太阳能电池，其特征在于：从下至上，依次为ITO导电玻璃衬底、TiO2电子传输层、Au‑Ag核壳结构纳米粒子掺杂的PTB7:PCBM活性层、Ag‑Au核壳结构纳米粒子层、MoO3空穴传输层和Ag阳极组成，在活性层PTB7:PCBM中掺杂的Au‑Ag核壳结构纳米粒子的浓度范围为0.05～0.2W％；且该有机太阳能电池由如下步骤制备得到，1)衬底的处理将ITO导电玻璃分别用去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗20～30分钟，清洗后用氮气吹干；2)电子传输层的制备a，TiO2溶胶配置向30～60mL无水乙醇中加入5～20mL的C16H36O4Ti，搅拌50～90分钟；加入5～20mL冰醋酸和10～30mL无水乙醇，搅拌20～40分钟；加入5～20mL乙酰丙酮和10～30mL无水乙醇，搅拌20～40分钟；加入5～20mL去离子水和10～30mL无水乙醇，搅拌15～30h；静置2～4天，形成TiO2溶胶；b，TiO2电子传输层的制备2)将制得的TiO2溶胶旋涂在处理过的ITO表面，旋涂速度为3000～5000rpm；然后将带有TiO2溶胶的ITO导电玻璃在350～500℃条件下退火2～3h；自然冷却至室温后，即在ITO导电玻璃上制得TiO2电子传输层；3)活性层的制备a，Au‑Ag核壳纳米粒子制备将0.5～1.5mL、质量分数0.5～1.5wt％的HAuCl4水溶液和1～3mL、浓度30～40mM的柠檬酸钠水溶液加入100～150mL沸水中，等待20～40s，待溶液变为紫红色后迅速放入冰水冷却，配成Au纳米粒子水溶液；取0.2～0.6mL上述Au纳米粒子水溶液和0.5～1.5mL、浓度30～40mM的柠檬酸钠水溶液加入20～40mL水中，然后取0.5～1.5mL、浓度8～12mM的AgNO3水溶液和0.2～0.6mL、浓度80～120mM抗坏血酸水溶液边搅拌边加入上述溶液中，搅拌30～50min，得到Au‑Ag核壳结构纳米粒子水溶液；其是以Ag为壳，以Au为核，纳米粒子尺寸范围是20～40nm；b，活性层溶液的配制室温条件下，将给体材料PTB7与受体材料PCBM以质量比1：1.5的比例溶于有机溶剂氯苯中，配置成浓度为5～10mg/mL的溶液，将制得的Au‑Ag核壳结构纳米粒子水溶液按Au‑Ag质量分数0.05～0.2W％的比例掺杂到活性层溶液中，然后在100～400rpm的搅拌速度下搅拌24～48h，配置成活性层溶液；c，活性层的制备在TiO2电子传输层上旋涂上述活性层溶液制备活性层，旋涂速度为1000～1500rpm，制得活性层；4)Ag‑Au核壳结构纳米粒子层的制备a，Ag‑Au核壳结构纳米粒子的制备将0.01～0.02g的AgNO3和1～3mL、浓度30～40mM的柠檬酸钠水溶液加入到80～150mL、70～80℃水中，待溶液变淡黄色后迅速放入冰水冷却，配成Ag纳米粒子水溶液；取10～15mL Ag纳米粒子水溶液和0.5～1.5mL、浓度30～40mM的柠檬酸钠水溶液加入20～40mL水中，然后取20～30mL的步骤3)制备的Au纳米粒子水溶液和0.2～0.8mL、浓度80～120mM抗坏血酸水溶液边搅拌边加入上述溶液，得到Ag‑Au核壳结构纳米粒子水溶液；其是以Au为壳，以Ag为核，纳米粒子的尺寸范围是20～50nm；b，将制得的Ag‑Au核壳结构纳米粒子水溶液旋涂生长在活性层表面，旋涂速度为1000～3000rpm，然后在手套箱放置1～3h自然挥发溶剂；5)MoO3空穴传输层的制备在压强为1×10^‑4～1×10^‑5Pa条件下，在Ag‑Au核壳结构纳米粒子层上蒸镀MoO₃空穴传输层，生长速度为6)Ag电极制备在压强为1×10^‑5～1×10^‑3Pa条件下，在MoO₃空穴传输层上蒸镀Ag电极，生长速度为进而制备得到基于活性层掺杂和传输层修饰的互补型等离子体共振有机太阳能电池。