杂化复合纳米材料制造技术

一种杂化复合纳米材料，包括水滑石类层状双氢氧化物，所述水滑石类层状双氢氧化物含有一个或多个插入二维层的镧系元素以及一个或多个有机-无机(给体/受体)化合物，或化合物的酸类或盐类，如图1和图31所示。将新型同轴设计理念用于封装杂化有机-无机太阳能电池的活性层，插入其中的水滑石类纳米复合材料可使光能上下转换，不但可给活性物质提供更多可转换的能量，而且给原位纳入同轴几何结构提供了的机会，并且还可设想将一对独立的光电化学(PEC)和燃料电池(FC)与有机-无机太阳能电池并联运行，或者分别独立运行。将水滑石类纳米复合材料或其衍生物分散到同轴几何结构中，在那里它们充当PEC/FC的电极角色，并吸收逸出的氢气供其日后使用。当有机-无机太阳能电池作为其同轴层的自身互补角色而存在时，它们也可以将多余的氢转化为可用电力，如图32a和32b所示。此外，我们还探讨了单独使用其他任何电源驱动的同轴、杂化有机无机电池(PEC/FC)的可能性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及新型杂化复合纳米材料及其使用，例如，在太阳能电池的生产领域，特 另i]是在有机-无机太阳能电池领域，或者靶向化学传感器领域。 此外本专利技术涉及获得该种新型杂化复合纳米料料的方法，以便该材料被封装成 基于M轴几何结构的杂化有机-无机光电化学或燃料电池，目前是被封装成有机-无机太 阳能电池或任何补充性电源。
技术介绍
近年来，研宄人员一直密切关注能够采用低成本技术来刺备均匀薄膜的非真空沉 积技术,例如厚浆涂装法和电化学沉积法。在各种低成本合成技术中,基于溶液的合成工艺 被认为是昂贵技术当中一种有前景的替代技术 ?其步骤相对简单且工业化启动成本低。 因此，亟待提供一种有效并且低成本的生产该种均匀薄膜的合成工艺。 众所周知，铜铟镓（二）硒化物（CuIni如>2或CIGS，其中X可从1变化到0, i 对应纯铜铟硒化物，0对应纯铜鎵硒化物）是一种I-In>_VI2半导体材料,具体π??言是一种 用于刺造太阳能电池的直接带隙半导体。铜铟镓硒（CKS)是一种四面体键合的半导体:^具 有黄铜矿晶体结构，其X苁大约1.0 eV(对于铜铟硒化物而言）到大约I. 7eV(对于铜鎵硒 化物而言）的范围内持续变化。该材料是铜铟硒化物（通常缩写为"CIS"）和铜鎵硒化物 的一种固溶体。 C]GS用作薄膜太阳能电池的光吸收材料。采用C]GS制造的装置属于薄膜类太阳 能光伏装置（PVs)。由于这种紂料强烈吸收阳光，因此相比于其他半导体材料要刺成更薄的 薄膜。例如在题为《动力化学合成的CuIn i如为2纳米颗粒的结构研究》的参考文献中，讲 述了经由动力化学合成方法实现CIGS树料的液相合成。 WO 2007/065859公开了 一种制备有机改性的层状双氢氧化物的工艺，WO 99/35185也公开了另一种制备有机改性的层状双氢氧化物（LDHs)的工艺，有机阴离子经 由离子交换被引入到LDH上，并将LDH悬浮在水中，随后在外部施加 pH < 4的条件实现所 述工艺，作者进一步描述了在悬浮液中添加有机阴离子从而调节溶液pH值> 8。正如WO 2007/065859所评论，上述工艺相当复杂，并且通常产生离子废物流。 另一方面，WO 00/09599描述了乳酸脱氢酶（LDH)的制备,包括用作插入阴离子的 有机阴离子。这些改性的LDH可以采用制得的二价和三价金属离子的盐，以不同的方式制 备,例如镁和铝的氯盐或铝酸钠 。WO 00/09599描述的方法所需要的盐至少有部分流入废物 流，可能会有不良的影响。 总之，现有技术的局限性，导致急需提供一种废物产生量更少且合成更快的技术 方案。 因此，需要提供一种更简单的和更快速的刺备新型复合纳米材料的工艺。 由于较低的M料和制造成本^有机光伏系统（opvs)可能极大降低光伏能源的成本和 有效性。典型的有机光伏装置结构采周所谓的本体异质结（BHJ)结构，它由活性层中的聚 合物电子供体（P-型）和富勒烯衍生物电子受体（rr_型）的混合物组成。典型的有机光 伏本体异质结装置包括玻璃或聚酯（PET)层^<聚（3, 4-乙烯二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸 盐），或聚乙撑二氧噻吩/藻酸双酯钠（PEI)OT = PSS)层，它是两种离子交联聚合物--供体 (P-型）：受体（Π -型）层和金属阴极层的透明导电聚合物混合物。一般而言，现代P-型电 子聚合物包括聚3-(己基噻吩）（Ρ3ΗΤ)或新一代的低带隙导电聚合物，而到目前为止，作为 η--型M料的C_(60)螺亚甲基衍生物苯基-C6丨铬酸甲基酯（PCBM)也己经几乎得到了 专用，也有人试图采周PCBM来制造。已经尝试了各种策略来改进富勒烯衍生物（η-型） 的性能，并获得了不同程度的成功 ；如提高了形成的活性层的光吸收性，通过形成BHJ改善 了其与各类组分的可溶性，改善了其与Ρ-型聚合物的相容性，并提高了最低未占分子轨道 (UM))的能级。受体〇τ-型）分子LUMO能级的转变过程表明，太阳能装置的开路电压（Voc) 是一种介于供体的最高占据分子轨道（HOMO)和受体的最低未占分子轨道（LUMO)之间的能 隙函数。因此，当供体与性能相似的受体聚合物如P3HT配对特，大范围增加供体的LUMO可 显箸提尚Voc。 但是?现有的有机光伏（OPV)技术的弊端可归纳为：1)无有效吸收^<2)不足的电荷 分离，3)不足的电荷输送。 因此，需要提供并改进杂化复合纳米材料以克服现有技术至少一个弊端，例如实 现OPV电池和装置的高效光吸收，足够的电荷分离和充足的电荷输送。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种杂化复合纳米材料。在本文其中一个实施例中，所述杂化复合纳米 木?料包括水滑石类层状双氢氧化物,所述水滑石类层状双氢氧化物含有一个或多个插入二 维层的镧系元素及一个或多个有机化合物，或者化合物的酸类或盐类 ?所述镧系元素包括： Nd3+，Sm3+，Eu3十，Gd3' Er3V-M1'和 Yb 3+〇 本文所述的实施方案涉及一种低成本的一锅法以及水热合成工艺用以获得所述 层状材料，该材料用作光能降频转换材料ViSsm)和/或光能捕获器，例如 CuinGaSe2 (Cl GS)类材料。本专利技术公开的技术方案还涉及将镧糸离子和有机化合物一起插 入到层状材料中。所述有机化合物至少具有以下·-种官能团：羟基（R-OH)、幾基（R 1-C = O-R2)、羧基（RCOOH)、氨基（RNH2K磷酸盐（ROP(OH)2= 0)、巯基（R-SH)以及非专属于酶或 蛋白质类、卟啉或大麻类。即所述有机化合物为至少具有一种有机或无抗实体，或其"衍生 物"的化合物，包括：吡咯、聚苯并咪唑、聚噻吩、富勒烯或酸（全氟磺酸、脱氧核糖核酸、亚 铁血红素 （HEME B)，Δ -9-四氢大麻酚或大麻二酚（CBD)或香豆素-3-羧酸（香豆素）或 荧光素或其它染料）或其盐。 由于本专利技术特别选择了 M (Π )，即Qi2%以及M(III)，即In3+、Ga3+,它们在CIGS类材料二 维M会广玍净正电桐f，因(ID彌糸兀京摘入的M状双致氧化物类树料作为光能降频转换材料 的功能获得了令人满意的效果，迸一步的本专利技术提供了 CIGS类层状太1?能电池材料的创 新制备方案，也因此限定了制备一系列含有其它类型插入有机物种类（通常用作有机光伏 (OPV)中受体材料）的标准CIGS类层状材料的可能性。此外，本专利技术还预测了在上述CIGS 类二维材料中掺杂Zn2+和Al 3%目的是实现φ--型或η-型C]GS复制型材料的合成。 本文描述的具有能量降频转换性能的杂化"Lnw掺杂的层状双氢氧化物（下文所 述的组分1)的实施方粟，用克服现有技术中光吸收性不足的弊端，已被含有组分1的碳硅 太阳能电池（正常情况下其模块具有约14~18%的PCE)的阳性结果所证实；因此将组分1 作为光能降频转换材料，在UV区域（350-370nm)其外部量子效能（EQE)增加约100%,PCE 相应增加约2~5%。 图1按照本专利技术公开的有机分子化学式及与其作周的先驱体名称缩写,示意性给出杂 化复合纳米材料的一锅合成法的实施方案r例如组分1。在图1中，M(H)NO3对应锌的水和 硝酸盐即Zn (NO3)2, M(III)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杂化复合纳米材料，其特征在于包括水滑石类层状双氢氧化物，所述水滑石类层状双氢氧化物含有一个或多个插入二维层的镧系元素及一个或多个有机化合物，所述有机化合物具有至少一种官能团，以其氧化物、还原物或盐类形式存在，所述官能团包括：羟基(R‑OH)、羰基(R1‑C＝O‑R2)、羧基(RCOOH)、氨基(RNH2)、磷酸盐(ROP(OH)2＝O)、巯基(R‑SH)以及非专属于酶或蛋白类、卟啉或大麻类，具体地，所述有机化合物为至少具有一种实体或其“衍生物”的化合物，包括：吡咯、聚苯并咪唑、聚噻吩、富勒烯、或酸(全氟磺酸、脱氧核酸核糖、亚铁血红素(HEME)B、D9‑四氢大麻酚或大麻二酚(CBD)或香豆素‑3‑羧酸(香豆素)或荧光素或类似染料)或盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏米特·库马尔，
申请(专利权)人：苏米特·库马尔，
类型：发明
国别省市：印度;IN