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制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术太阳能电池具有较高的光吸收率。 1

An organic solar cell based on ZnMgO nanoparticle thin film as electron transport layer

The invention relates to the field of new energy technology, and discloses an organic solar cell based on ZnMgO nano column thin film as an electron transport layer. The solar cell includes the ZnO film, the ZnMgO nanometers on the top of the ZnO film, the AZO film on the upper part of the ZnMgO nanomorp film, the polymer active layer on the top of the AZO film, the hole transmission layer in the upper part of the polymer active layer and the electrode layer at the upper part of the cavity transmission layer. The magnesium doping on the ZnO film is grown. The Zinc Oxide nanometers are used to improve the scattering of light, and the AZO film is grown on the nanometers to optimize the surface morphology of the nanometers, thus improving the efficiency of light conversion in the battery. The solar cell of the invention has higher optical absorption rate. One

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及新能源
，尤其是涉及一种基于ZnMgO纳米柱薄膜作为电子传输层的有机太阳能电池。
技术介绍
近年来，随着煤、石油、天然气等传统能源的逐渐耗尽，能源危机问题越来越受到重视。太阳能电池以半导体技术为媒介，能够实现光能与电能的直接转换。到目前为止，太阳电池已经发展有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳电池、铜铟镓硒电池、碲化镉电池、染料敏化电池和有机电池（OrganicSolarCells,OSCs）等多种类型。有机太阳电池（Organicsolarcells，OSCs）具备独特的优势。如：材料来源广泛，并可通过分子设计合成新的材料；制备方法简单，可采用旋转涂膜，喷墨打印，丝网印刷等廉价制备方法进行大面积制造；可采用柔性衬底，重量轻，成本低等。因此，OSCs日益受到人们的重视并得到快速的发展。目前研究较多的一种电池结构为倒结构聚合物太阳电池，一般倒结构聚合物太阳电池结构为ITO/电子传输层/活性层/空穴传输层/金属电极。通常情况下，采用金属氧化物作为电子传输层，如TiO2，ZnO等。在有机太阳能电池中，ZnO薄膜通常作为电子传输、空穴阻挡层，位于阴极和有机活性层材料之间。但是，由于ZnO薄膜光导电性和光学性能较差，限制了有机电池光电转换效率的提高。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术太阳能电池ZnO薄膜导电性和光学性能差的问题，提供一种导电性能较好、光学性能优良的ZnO薄膜，大大提高太阳能电池的光转化效率。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：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，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1~6h，自然冷却12~24h，得到ZnMgO纳米柱薄膜。本专利技术利用ZnO薄膜作为种子层，在其上生长镁掺杂氧化锌纳米柱(ZnMgONR)，在ZnO薄膜表面形成一层ZnMgO薄膜，与ZnO薄膜相比，ZnMgONR中的纳米柱距具有一定距离及方向分布，光通过ZnMgONR时会在纳米柱之间产生散射，因此ZnMgONR能够实现对光的有效散射，与ZnONR相比，ZnMgONR中Mg的掺入提高薄膜透过率。综合上述两个特征，ZnMgONR提高聚合物太阳电池的光吸收。有效的提高聚合物太阳电池光转化效率。作为优选，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。ZnMgO纳米柱薄膜层虽然能够显著提高对光的散射率，增加太阳能电池的光吸收，但是其导电性能差，影响了光能的转化率，本专利技术通过AZO薄膜覆盖于ZnMgO纳米柱之上，降低ZnMgO表面粗糙度，进而提高其光转化效率。另外，多层薄膜复合的电子传输层能够有效隔离聚合物活性层和导电薄膜层，在提高器件性能同时又保护电池寿命。在此基础上制备有机聚合物太阳电池，可实现电池能量转换效率的大幅度提升。作为优选，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1000~1500rpm，旋涂时间为30~50s；将样品放置在200~250℃热板上进行20~30min退火处理，得到聚合物活性层。作为优选，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2000~4000rpm，旋涂时间为50~80s，成膜后在120~200℃条件下热处理30~60min，得到空穴传输层。作为优选，所述ZnO薄膜厚度为10-300nm，ZnMgO纳米柱薄膜厚度为0.5~1μm，AZO薄膜厚度为10-50nm，聚合物活性层厚度为50-300nm，空穴传输层厚度为3-200nm。。作为优选，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。因此，本专利技术具有如下有益效果：（1）电子传输层同时具有较强的导电率；（2）电子传输层同时具有较强的光吸收率；（3）光能转化效率较高。附图说明图1为本专利技术的一种结构示意图。附图标记：导电玻璃基底1、ZnO薄膜2、ZnMgO纳米柱3、AZO薄膜4、聚合物活性层5、空穴传输层6、电极7。具体实施方式下面通过具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步说明。本专利技术中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。实施例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，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ITO薄膜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3g二水醋酸锌和0.3mL二乙醇胺加入到45mL乙二醇甲醚中，将配置好的溶液在40℃条件下进行反应，待溶液清澈透明后，在室温条件下陈化20h，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800rpm，旋涂时间为20s，然后将载有前驱液的导电玻璃衬底放在350℃热板上进行退火40min，得到ZnO薄膜，ZnO薄膜厚度为10nm；所述ZnMgO纳米柱薄膜的制备方法包括以下步骤：（a）将2g硝酸锌、1g硝酸镁和40mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
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

【技术特征摘要】
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1~6h，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：余璇，于晓明，陈立桥，冷哲，胡金飞，王亚宁，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33