[发明专利]一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池

摘要

本发明涉及新能源技术领域，公开了一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池。该太阳能电池包括ZnO薄膜、位于ZnO薄膜上部的ZnMgO纳米柱薄膜、位于ZnMgO纳米柱薄膜上部的AZO薄膜、位于AZO薄膜上部的聚合物活性层和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；在ZnO薄膜上生长镁掺杂氧化锌纳米柱来提高其对光的散射，并在纳米柱上生长AZO薄膜优化纳米柱表面形貌，进而提高电池内部的光转化效率。本发明太阳能电池具有较高的光吸收率。

主权项

1.一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，包括ZnO薄膜、位于ZnO薄膜上部的ZnMgO纳米柱薄膜、位于ZnMgO纳米柱薄膜上部的AZO薄膜、位于AZO薄膜上部的聚合物活性层和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ZnO薄膜的制备方法包括以下步骤：

（1）将导电玻璃基底依次使用乙醇和去离子水超声清洗干净，烘干待用；

（2）将3~4g二水醋酸锌和0.3~0.5mL二乙醇胺加入到45~60mL乙二醇甲醚中，将配置好的溶液在40~70℃条件下进行反应，待溶液清澈透明后，在室温条件下陈化20~24h，得到ZnO溶胶前驱液；

（3）使用匀胶机将ZnO溶胶前驱液涂在导电玻璃衬底上，匀胶机转速800~2000rpm，旋涂时间为20~40s，然后将载有前驱液的导电玻璃衬底放在350~500℃热板上进行退火40~60min，得到ZnO薄膜；

所述ZnMgO纳米柱薄膜的制备方法包括以下步骤：

（a）将2~5g硝酸锌、1~4g硝酸镁和40~50mL六亚甲基次胺依次加入特氟龙内衬水热釜中，然后将ZnO薄膜浸入混合液中；

（b）将水热釜放到鼓风干燥箱中进行热处理，热处理过程中控制热处理温度为80～95℃，热处理时间为1~6 h，自然冷却12~24h，得到ZnMgO纳米柱薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，所述AZO薄膜的制备方法包括以下步骤：

（A）称取3~5g二水醋酸锌和0.3~0.4g九水硝酸铝溶解在50~60mL乙二醇甲醚中，再称取0.2~0.5mL单乙醇胺加入溶液中作为稳定剂，将配置好的溶液在45~70℃下搅拌30~40min，待溶液清澈透明后，在室温条件下陈化12~20h，得到AZO前驱液；

（B）使用匀胶机将AZO前驱液涂在ZnMgO纳米柱薄膜上表面，匀胶机转速3000~4000rpm，旋涂时间为30~60s，然后将载有前驱液的导电玻璃衬底放在300~400℃热板上进行退火1~2h，得到AZO薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，所述聚合物活性层的制备方法为：将2~3g给体材料P3HT和1~1.5g受体材料PCBM溶解在1~5mL氯苯溶液中，然后避光45~70℃下加热磁力搅拌15~20h，得到活性层溶液；使用匀胶机将活性层溶液旋涂在AZO薄膜上表面，设置匀胶机转速1000~1500 rpm，旋涂时间为30~50s；将样品放置在200~250℃热板上进行20~30 min退火处理，得到聚合物活性层。

4.根据权利要求1所述的一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的制备方法为：将PEDOT和PSS的混合液滴涂在聚合物活性层上表面，PEDOT与PSS的质量比为1:2~3，然后使用匀胶机旋涂均匀，匀胶机转速2000~4000 rpm，旋涂时间为50~80s，成膜后在120~200℃条件下热处理30~60 min，得到空穴传输层。

5.根据权利要求1~3任一权利要求所述的一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，所述ZnO薄膜厚度为10‑300 nm，ZnMgO纳米柱薄膜厚度为0.5~1μm，AZO薄膜厚度为10‑50 nm，聚合物活性层厚度为50‑300 nm，空穴传输层厚度为3‑200 nm。

6.根据权利要求1~3任一权利要求所述的一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，所述导电玻璃基底为ITO薄膜、FTO薄膜和碳纳米管薄膜中的一种。