本发明专利技术提供了一种基于花生状金‑硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜及其制备方法。所述的有机太阳能电池主要采用化学反应、物理旋涂技术和退火处理等方法制备得到，其结构从下而上依次为玻璃载片(A)、阳极氧化铟锡基底(B)、聚3,4‑乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸缓冲层(C)、花生状金‑硫化铜核壳纳米棒宽频带光吸收层(D)、聚3‑己基噻吩:[6,6]‑苯基C61‑丁酸甲酯活性层(E)和金属电极(F)；其中宽频带光吸收层由花生状金‑硫化铜核壳纳米棒组成，其光吸收频带跨域了整个可见光区和近红外区域(400‑1350nm)，且半最大值全宽度超过500nm。本发明专利技术的制备方法简单、易操作、可重复性高。
【技术实现步骤摘要】
一种基于花生状金-硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种基于花生状核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜，尤其涉及一种基于花生状金-硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜及其制备方法，属于新能源和新材料领域。
技术介绍
有机太阳能电池(Organicsolarcells，简称OSCs)以具有光敏性质的有机物作为半导体材料，以光伏效应产生电压形成电流，从而实现太阳能发电的作用。这种独特特性使得其在光伏
如太阳能发电厂、便携式电子设备的能量补给、半透明太阳能电池窗口等方面具有广阔的应用前景，从而成为新能源与新材料领域中最为活跃的研究热点之一。目前有机太阳能电池的功率转换效率已经达到12％，在低成本、高产率加工有机太阳能电池的工业投资也已得到广泛关注。但由于有机半导体相对较短的激子扩散长度和低的载流子迁移率，有机太阳能电池的活性层厚度大多在100nm左右，因此在光子到激子的产生过程中能量损耗较大，这大大降低了光的吸收效率。故在有机太阳能电池中，一个简单可行的方案就是尽可能地增加活性层的光吸收。金属纳米结构的局域等离激元能够诱导强的光场局域，在提高光的吸收和捕获方面具有非常卓越的性能。此外，金属纳米结构还具有很好的兼容性，因而在太阳能电池方面具有非常重要的作用和意义。但目前国内外基于二氧化硅包覆的金纳米球、杆及其它金属纳米棒等的太阳能电池，由于所用的金纳米球、杆及其它金属纳米棒等的吸收带宽很窄，故不利于太阳能能量的极大捕获。因此，要获得高效的有机太阳能电池，需要制备具有宽频带强光吸收的太阳能电池光吸收层。研究发现铜包覆的金纳米棒其纵向等离激元共振峰可以得到拓宽(Part.Part.Syst.Charact.2017,1600384)，但利用金和铜直接制备纳米棒复合材料方面的报道非常少，这主要是因为金与铜的晶格失配高达11.4％的缘故。鉴于此，国内外基于金和铜的纳米棒复合材料大多是通过先在金纳米棒外面包覆如钯金壳层的其它金属层，然后再在其外层包覆铜壳层来得到纳米棒复合材料(CrystEngComm,2013,15,6553-6563)。近年来，研究发现硫离子有助于金属盐在金纳米颗粒表面形成金属硫化物壳层(Chem.Mater.2005,17,4256-4261)；硫化镉、锌或银包覆的金纳米棒(Small,2012,8,1167–1172；Adv.Funct.Mater.2011,21,1788–1794)和硫化银、镉、锌或铜包覆的金纳米晶等核壳复合材料(Angew.Chem.Int.Ed.2009,48,2881-2885)也不断得以问世。但具有宽频带光吸收特别是强光吸收的金属纳米棒复合材料在文献中还很少见报道，而基于金纳米棒和硫化铜的具有宽频带强光吸收的花生状金-硫化铜核壳纳米棒及其作为有机太阳能电池光吸收层的研究，未见任何报道。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于花生状金-硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜及制备方法，制备方法简单、可操作性强且可重复性高。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于花生状金-硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜，从下而上依次包括：玻璃载片(A)、阳极氧化铟锡基底(B)、聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)缓冲层(C)、花生状金-硫化铜核壳宽频带光吸收层(D)、聚3-己基噻吩:[6,6]-苯基C61-丁酸甲酯(P3HT：PCBM)活性层(E)和金属电极(F)。其中，(A)、(B)、(C)、(D)、(E)和(F)为与说明书附图3中对应的标记。如上所述的基于花生状金-硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜的制备方法，步骤如下：(1)含金晶种的溶液的制备：将四氯金酸加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中组成混合溶液并搅拌，在搅拌过程中向上述混合溶液中加入硼氢化钠溶液，继续搅拌2min左右，然后在室温下静置2h左右，得到含金晶种的溶液。(2)含金纳米棒的溶液的制备：取十六烷基三甲基溴化铵溶液，在搅拌过程中向该溶液中依次加入四氯金酸溶液、硝酸银溶液、盐酸溶液和抗坏血酸溶液，再向其中加入步骤(1)的含金晶种的溶液并继续搅拌5min左右，在室温下静置12h左右，得到含金纳米棒的溶液。(3)含金纳米棒的溶液的纯化和稀释：将步骤(2)制备得到的含金纳米棒的溶液离心分离去掉上清液，得到纯化的含金纳米棒的溶液，然后加入到去离子水中进行稀释。(4)含花生状金-硫化铜核壳纳米棒的溶液的制备：取步骤(3)中的稀释的含金纳米棒的溶液4mL，向其中依次加入抗坏血酸、环六亚甲基四胺和硫代乙酰胺，在搅拌中再向其中加入亚硝酸铜溶液，然后在80℃下放置7h左右，得到含花生状金-硫化铜核壳纳米棒的溶液。(5)含花生状金-硫化铜核壳纳米棒的溶液的纯化：将步骤(4)中制备的含花生状金-硫化铜核壳纳米棒溶液进行离心分离，得到纯化的含花生状金-硫化铜核壳纳米棒的溶液，然后分散在去离子水中。(6)将聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)旋涂到表面镀有阳极氧化铟锡膜层(B)的玻璃片(A)上并进行退火处理，得到聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸缓冲层(C)。(7)将步骤(5)中制备的纯化的含花生状金-硫化铜核壳纳米棒的溶液旋涂到聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸缓冲层(C)上并进行退火处理，上述过程反复3-9次，得到厚度为10-30nm的花生状金-硫化铜核壳纳米棒宽频带光吸收层(D)。(8)将聚3-己基噻吩(P3HT)和[6,6]-苯基C61-丁酸甲酯(PCBM)分散在二氯苯中，搅拌24h左右形成18mg/mL的混合溶液；然后将此溶液旋涂到花生状金-硫化铜核壳纳米棒宽频带光吸收层(D)上(部分会渗入到纳米棒间的空隙中)，退火处理后得到聚3-己基噻吩:[6,6]-苯基C61-丁酸甲酯(P3HT：PCBM)活性层(E)。(9)在压强为3.0×10-4Pa左右的情况下，通过点状阴罩将电极材料热蒸发到聚3-己基噻吩:[6,6]-苯基C61-丁酸甲酯(P3HT：PCBM)活性层(E)上，得到金属电极(F)。在第(1)步中，四氯金酸的浓度为0.01M，十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0.1M，硼氢化钠溶液的浓度为0.01M，硼氢化钠溶液在实验时当场配制并在使用前先放置在4℃冰箱中冷冻5min。在第(2)步中，十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0.1M，四氯金酸溶液的浓度为0.01M，硝酸银溶液的浓度为0.01M，盐酸溶液的浓度为37wt％。在第(3)步中，离心分离3次，每次离心力为2500g，每次离心时间为20min，去离子水的体积为40mL。在第(4)步中，抗坏血酸、环六亚甲基四胺、硫代乙酰胺和亚硝酸铜溶液的体积分别为0.4mL、0.4mL、16uL、8uL，浓度均为0.1M。在第(5)步中，离心分离3次，每次离心力为2500g、每次离心时间为20min，去离子水的体积为1mL。在第(6)步中，旋涂速度为3000rpm、旋涂时间为50s，退火温度为120℃、退火时间为30min，聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸缓冲层(C)的厚度为30nm。在第(7)步中，旋涂速度为600rpm，退火温度为15本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于花生状金‑硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜，其特征在于：其结构中包含花生状金‑硫化铜核壳纳米棒宽频带光吸收层(D)，所述花生状金‑硫化铜核壳纳米棒宽频带光吸收层(D)由花生状金‑硫化铜核壳纳米棒组成，其光吸收频带跨域了整个可见光区和近红外区域(400‑1350nm)，且半最大值全宽度超过500nm。
【技术特征摘要】
1.一种基于花生状金-硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜，其特征在于：其结构中包含花生状金-硫化铜核壳纳米棒宽频带光吸收层(D)，所述花生状金-硫化铜核壳纳米棒宽频带光吸收层(D)由花生状金-硫化铜核壳纳米棒组成，其光吸收频带跨域了整个可见光区和近红外区域(400-1350nm)，且半最大值全宽度超过500nm。2.如权利要求1所述的基于花生状金-硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜的制备方法，步骤如下：(1)将四氯金酸溶液加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液，在搅拌过程中向上述混合溶液中加入硼氢化钠溶液之后继续搅拌2min，然后在室温下静置2h，得到含金晶种的溶液；(2)取十六烷基三甲基溴化铵溶液，在搅拌过程中向该溶液中依次加入四氯金酸溶液、硝酸银溶液、盐酸溶液和抗坏血酸溶液，再向其中加入步骤(1)制备的含金晶种的溶液并继续搅拌5min，然后在室温下静置12h，得到含金纳米棒的溶液；(3)将步骤(2)制备的含金纳米棒的溶液离心纯化之后用40mL去离子水稀释；(4)取步骤(3)中稀释的含金纳米棒的溶液，向其中依次加入抗坏血酸溶液、环六亚甲基四胺溶液和硫代乙酰胺溶液，然后在搅拌过程中向该混合溶液中加入亚硝酸铜溶液，在80℃环境中放置7h，得到含花生状金-硫化铜核壳纳米棒的溶液；(5)将步骤(4)制备的含花生状金-硫化铜核壳纳米棒溶液进行离心分离，得到纯化的含花生状金-硫化铜核壳纳米棒的溶液后，分散在1mL去离子水中；(6)将聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)旋涂到沉积有阳极氧化铟锡膜层(B)的玻璃片(A)上，退火处理后得到聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸缓冲层(C)；(7)将步骤(5)中制备的含花生状金-硫化铜核壳纳米棒的溶液旋涂到聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸缓冲层(C)上并退火处理，此过程反复3-...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂强，刘正奇，汤莉，刘怡，陈检，黄振平，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。