一种基于低温制备的Ag2S片状纳米晶阵列与P3HT杂化的薄膜光电转换器件。它是在具有金属银表面的ITO玻璃或柔性ITO基底材料上原位、0℃～60℃反应制得Ag2S片状纳米晶薄膜，在纯氩气环境中与P3HT复合，然后在其表面蒸镀一层Au作为正极的光电转换器件。做法是在清洁的ITO表面溅射一层200～300nm厚度的银薄膜，令其在0℃～60℃条件下和单质硫在DMF中反应，得到一层Ag2S纳米晶薄膜，经无水乙醇洗涤，40℃真空干燥，在通有纯氩气的手套箱中，将浓度为10mg/mL的P3HT氯仿溶液旋涂到Ag2S纳米晶薄膜上形成异质结，在氮气保护下40～60℃干燥2小时以上，最后在薄膜表面蒸镀单质金作为电池正极而成。该薄膜光电转换器件的Voc＝0.24V，Jsc＝11.19mA/cm2，η＝1.23％，FF＝44.84％，电池性能稳定，放置190天未检测到电池效率的衰减。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电材料
，尤其涉及一种低温、低能耗、绿色、原位制备的 Ag2S片状纳米晶阵列与P3HT组装的薄膜光电转换器件。
技术介绍
有机-无机杂化太阳能电池是一种为了克服有机共轭聚合物电子迁移率低而研发的新型异质结光电转换器，该种光电转换器件主要利用了无机物半导体的高电子迁移率、高化学稳定性和有机半导体的分子可设计性、良好的加工性能等优点。目前所研究的有机共轭聚合物半导体中，P3HT是已知的场效应空穴迁移率最高的聚合物(0. Icm2-V^-S-1), 因此它被用来做光电池中空穴的传输材料，但是大多数有机共轭聚合物半导体材料的电子迁移率很低(10_4cm2 · V"1 · S"1)。为了在较低的成本下获得更高的光电转换效率，人们已经制备出多种形貌的不同无机化合物半导体材料作为光生电子的传输材料，目前已经报道的有CdSe、CdS、ZnO, ZnS, TiO2, PbSe^FeS2和釙2&等。无机化合物纳米晶半导体材料对于传统的有机共轭聚合物半导体材料而言，具有以下优点(1)电子迁移率高，可以减少电子和空穴复合的几率；( 化学稳定性高，理化性质不易受到外界因素的影响；C3)纳米晶体具有较大的比表面积，有效提高异质结面积；(4)无机化合物半导体材料可以通过掺杂等手段实现能带的调节，改变光谱吸收范围，有效利用可见光。实验室中基于旋涂成膜的方法组装的太阳能电池器件，主要通过以下步骤实现 (1)制备无机化合物纳米晶半导体粉末材料；( 基底及电极的制备处理；C3)无机纳米晶半导体材料和有机共轭聚合物的共混；(4)电极表面旋涂有机-无机共混物以及其他载流子传输物质；( 制备光电池另外一电极。2010年，mi Yue等在Nano. Lett.发表题为 PerformanceEnhancement of Hybrid Solar Cells Through Chemical Vapor Annealing 文章，文中以CcKe纳米晶与P3HT共混，旋涂在ITO导电玻璃表面制作器件，得到了 Voc = 0. 553V, Jsc = 9. 7mA/cm2, η = 2. 65%的太阳能电池。2010年，Jeong Ah Chang等在Nano. Lett.发表题为 High-PerformanceNanostructured Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells的论文，用Sb2S3和P3HT共混，以FTO为电极，在致密的TiO2制备Sb2S3和P3HT 共混物薄膜，以Au为正极，得到Voc = 0. 556V，Jsc = 12. 3mA/cm2, η = 5. 06%的光电转换器件。但是，以上杂化薄膜太阳能电池材料的制备及组装有以下几个方面的缺陷首先， 无机纳米晶的制备过程中不可避免的要用到一些不导电的表面活性剂或者长链配体，例如 tri-n-octylphosphine oxide (T0P0)通常用于CcKe纳米晶的制备。据报道这些不导电物质仅仅在无机纳米晶表面残余Inm就会导致相应的太阳能电池器件效率降低10倍；其次， 无机纳米晶需要跟共轭聚合物在一定的溶剂中混合均勻后进行涂膜，很显然这种膜与基底的结合是不牢固的。第三，常用的Cdk、PbS等半导体受体材料在很大程度上受到日益紧张的环保要求限制，进一步的发展受到制约。硫化银(Agj)作为一种I-VI族窄禁带宽度化合物半导体，是一种快离子导体，温4度为36 时，电子迁移率为63. 5cm2 · V—1 · s—1，在室温条件下稳定存在的α -Ag2S是η型半导体材料，在温度为300k时，直接带隙为1. OeV,间接带隙为0. 85eV。它拥有良好的化学稳定性和突出的限制性光学特性(optical limiting properties) 0单质银以及银的硫化物对环境没有毒害作用，而且硫化银纳米晶薄膜容易制备，在制备过程中能耗极低。申请人研究发现，η型硫化银纳米晶半导体的能级与ρ型有机共轭聚合物半导体材料Ρ3ΗΤ的能级位置匹配，如果将η型Ag2S和ρ型Ρ3ΗΤ混合可以形成异型ρ_η结，而且所制备的Ag2S薄膜是由片状纳米晶阵列构成，与Ρ3ΗΤ杂化共混后可以得到数目众多的体相异型ρ-η结，更为有效地传输内建电场所分离的电子。所以Ag2S材料是理想的有机-无机杂化太阳能电池材料。尽管如此，利用硫化银作为太阳能电池材料的报道很少。例如，Sung Oh Cho等曾报道称以硫化钠和硝酸银为原料，利用CBD (化学浴沉积)或者SILAR(连续离子层吸附)的方法在1102表面沉积硫化银量子点可以提高太阳能电池的性能(C. Chen, Y. Xie,G. Ali, S. H. Yoo and S. 0. Cho Nanoscale. Res. Lett. , 2011,6,462. A. Tubtimtae, K. L. Wu, H. Y. Tung,Μ. W. Lee and G.J.Wang Electrochem. Commun. 2010，12，1158.)。但到目前为止，还没有关于硫化银作为n型半导体与共轭聚合物形成杂化薄膜太阳能电池的报道。本申请人曾开发了一种低温条件下原位制备片状硫化银纳米晶光电薄膜的化学方法。并申请了一项国家专利技术专利(专利申请号201010111402. 0)。该方法先将硫粉加入到容器中，然后加入DMF或无水乙醇，有机溶剂的体积大于容器容积的1/2，再将具有洁净金属银表面的基底材料倾斜或水平置于容器底部，避免与硫粉直接接触。把其基底材料和硫粉沉浸于溶剂液面之下，在20 60°C温度反应4 184小时，反应物中单质硫粉的浓度保持在饱和状态，即在具有洁净金属银表面的基底材料表面原位制得片状硫化银纳米晶组成的薄膜材料，产物用无水乙醇洗涤，室温干燥即可。综合在制作太阳能电池过程中对环境的污染、能耗和效率等问题，本申请人在此提出一种基于低温制备的Ag2S片状纳米晶阵列的低能耗和环境友好的组装过程来制造太阳能电池。在本说明书中，一种低温、低能耗、绿色、原位制备的Ag2S片状纳米晶阵列与P3HT 杂化后组装成光电转换器件，并具有以下特点(I)Ag2S性能稳定，电子迁移率高，是一种快离子导体，可以快速运输内建电场分离的电子，有效提高电流密度，电池的能量转化效率有了很大的提高；(2) Ag2S纳米晶半导体材料是在室温下合成，不需要加热，能耗低；(3)金属银储量丰富，适于工业应用；(4)反应所用的溶剂可以重复使用，减少了原料的消耗，符合低碳环保概念。申请人:在经清洁处理过的ITO表面利用磁控溅射、电镀、化学镀等技术获得一层 200 300nm厚度的银薄膜，令其在0°C 60°C条件下和单质硫在DMF(N，N- 二甲基甲酰胺)中反应4-184小时(同时考虑到反应速率和能耗问题，实验通常在室温条件下进行反应8小时)，待反应完全后可以得到一层纯净的Ag2S纳米晶薄膜，所得的薄膜在无水乙醇中洗涤，在干燥时为保证薄膜表面的清洁，在真空干燥箱中40°C真空干燥2小时以上。在通有纯氩气的手套箱中，将浓度为lOmg/mL的P3HT氯仿溶液旋涂到Ag2S纳米晶薄膜上形成异质结，在氮气保护下40 60°C干燥2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑直，雷岩，贾会敏，张艳鸽，法文君，李大鹏，翟学珍，李艳巧，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：
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