本发明专利技术公开了基于三元纳米阵列的有机/无机杂化太阳电池及其制备方法，电池组成包括有玻璃衬基、作为阳极的ITO层、ZnO-CdS-Sb2S3三组分纳米棒阵列、MEH-PPV膜层、PEDOT:PSS空穴传输层以及作为电池阴极的Au膜层。本发明专利技术制备方法简便，Sb2S3层的厚度易控。
【技术实现步骤摘要】
:本专利技术涉及纳米材料和能源领域，确切地说是。
技术介绍
:由有机共轭聚合物和无机半导体纳米结构组成的聚合物太阳电池是一种新型的有机/无机杂化太阳电池。由于其兼具聚合物(重量轻、柔韧性好、易大面积低价成膜等)和无机半导体材料(载流子迁移率高、性质稳定、结构易控制等)的优点，近年来成为低价太阳电池中的重要研究对象。通常，将无机半导体纳米颗粒与有机聚合物在有机溶剂中混合，实现简单共混，再由适当方式将这些简单共混物制成无序有机/无机杂化电池；例如，有机聚合物与 ZnO (Adv.Funct.Mater.2006, 16, 1112-1116)、TiO2 (Appl.Phys.Lett.2007，90，183513)、PbS (Nanotechnology 2009，20，095202)、PbSe (ACS Nano 2009，3，1345-1352)或 CdSe (J.Phys.Chem.C 2010, 114，12784-12791)等无机半导体纳米颗粒组成的太阳电池。然而此类电池效率较低，其中没有理想的电子传输通道及较为严重的界面电荷复合是重要的影响因素。用一维无机纳米棒(或线)阵列取代纳米颗粒与有机聚合物形成的复合结构是一种理想的有机/无机杂化太阳电池结构形式(Chem.Rev.2007, 107, 1324-1338; EnergyEnviron.Sc1.2010，3，1851-1864; Adv.Mater.2011，23，1810-1828; EnergyEnviron.Sc1.2011, 4，2700-2720)。首先，纳米结构阵列可以提供直接的电子传输通道，使光生电子沿着取向生长的纳米阵列直接输运到收集电极上，可以减少电荷的复合；其次，在这种复合结构中，既可以获得较大的电荷分离界面面积，又可以克服聚合物中激子有效扩散长度短(5-20 nm)的缺点，提高了聚合物中激子的利用效率；再者，预先生长在衬基上的阵列，可以保持有机/无机界面和电荷传输通道在三维空间的稳定分布。ZnO纳米棒或线阵列(简称，ZnO-NA)具有许多优点，例如，性质稳定、环境友好、电子迁移率高及容易由简单的方法实现大面积制备等，是目前此类取向结构杂化太阳电池中使用最多的一种材料(Energy Environ.Sc1.2009, 2, 19-34 ；Adv.Mater.2011, 23, 1810-1828 ；EnergyEnviron.Sc1.2011, 4，2700-2720)。通常，ZnO-NA与聚合物组成的杂化太阳电池(简称，聚合物/ZnO-NA电池)的开路电压(V。。)和短路电流(Js。)不太理想，导致电池的转换效率较低(大都在0.2%-0.5%)，尤其是V。。较低(大都在0.1-0.4 V左右)。目前，人们大都是通过用一种有机小分子来改善聚合物/ZnO界面的接触性能，获得了显著提高的Jsc，也在一定程度上提高了电池的V。。(J.Mater.Chem.2006, 16，2088-2096 ；J.Phys.Chem.B 2006，110，7635-7639 ；J.Phys.Chem.C 2011，115，3745-3752);有机修饰后，电池的Js。还不理想(一般在5 mA/cm2左右)，且V。。仍然不高(大都在0.5 V以下)。除有机修饰外，人们也已尝试用无机物来修饰ZnO-NA，以提高电池的性能。Greene 等(J.Phys.Chem.C 2007, 111, 18451-18456)和 Lee 等(J.Phys.Chem.C 2009, 113，15778-15782)通过原子层沉积(ALD)技术用TiO2修饰ZnO-NA，形成了以ZnO为核TiO2为壳的ZnO-TiO2异质核壳结构纳米棒阵列(简称，ZnO-TiO2-NA),虽然与聚合物/ZnO-NA电池相比，聚合物/ZnO-TiO2-NA电池的Jse得到一定程度的改善，但电池的V。。仍然小于 0.5 V0 Lee 等(IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics 2010, 16,1587 - 1594)通过ALD技术用TiOx修饰ZnO-NA，形成了以TiOx为壳的ZnO-TiOx异质核壳结构纳米棒阵列(简称，ZnO-TiOx-NA),与聚合物/ZnO-NA电池相比，聚合物/ZnO-TiOx-NA电池的V。。得到显著改善且可以达到0.8 V，但电池的Js。却呈指数形式衰减到很小的数值。Wang等(J.Electrochem.Soc.2011, 158，H804 - H807)通过化学浴沉积(CBD)技术用 CdS 量子点敏化ZnO-NA，得到CdS量子点敏化的ZnO纳米棒阵列(简称，CdS-ZnO-NA),与聚合物/ZnO-NA电池相比，聚合物/CdS-ZnO-NA电池的V。。有了显著地提高(可达0.85 V)，但Jsc仍不高。本专利技术人课题组，通过逐次离子层吸附和反应(successive ion layer adsorptionand reaction, SILAR)技术用CdS量子点修饰Zn0_NA，得到以单晶ZnO纳米棒为核和CdS量子点组成的多晶膜为壳的异质核壳结构纳米棒阵列(简称，ZnO-CdS-NA)，与聚合物/ZnO-NA电池相比，聚合物/ZnO-CdS-NA电池的V。。和Js。均得到大幅度提高，V。。达到了 0.9 V左右，但Jse仍不理想(小于3 mA/cm2)中国专利技术专利(申请)号:201110310230.4。最近，本专利技术人课题组，通过高压釜中的水热反应技术用ZnO量子点修饰ZnO-NA，得到以单晶ZnO纳米棒为核和ZnO量子点组成的多晶膜为壳的同质核壳结构纳米棒阵列(简称，ZnO-ZnO-NA),与聚合物/ZnO-NA电池相比，聚合物/ZnO-ZnO-NA电池的V。。得到显著增加，达到0.7IV ;进一步用一种有机物对ZnO-ZnO-NA修饰，获得了有机物N719修饰的ZnO同质核壳结构纳米棒阵列(简称，Zn0-Zn0-N719-NA),与聚合物 /ZnO-ZnO-NA 电池相比，聚合物 /Zn0-Zn0-N719_NA电池的J。。得到显著增加，达到近4 mA/cm2左右，但V。。确因有机物的弓I入有些减小中国专利技术专利(申请)号:201110387893.6。由此可见，为提高聚合物/ZnO-NA电池的性能，人们目前主要是用有机物、无机物或二者皆用，来对ZnO-NA进行修饰，获得的是由ZnO与另一无机物或ZnO与一有机物组成的二组分纳米`棒阵列；其中，无机修饰主要能提高V。。但对电流提高较小，而有机修饰对提高Js。有较大的作用但对V。。的提高不显著或不利。本专利技术中，我们先通过SILAR技术在ZnO-NA上沉积CdS量子点，得到以单晶ZnO纳米棒为核和CdS量子点组成的多晶膜为壳层的异质核壳结构纳米棒阵列(S卩，ZnO-CdS-NA)，然后用非晶沉积与热结晶联用技术在ZnO-CdS-NA上沉积Sb2S3纳米颗粒，得到由Zn0、CdS和Sb2S3组成的三无机组分纳米棒阵列(简称，ZnO-CdS-Sb2S3-NA),并将ZnO-CdS-Sb2S3-NA与聚合物复合制成了新型的杂化太本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于三元纳米阵列的有机/无机杂化太阳电池，其特征在于：包括有玻璃衬基、作为阳极的ITO层、ZnO?CdS?Sb2S3三组分纳米棒阵列、MEH?PPV膜层、PEDOT:PSS空穴传输层以及作为电池的阴极的Au膜层；所述的ITO层镀在玻璃衬基上作为电池的阳极，以垂直生长于ITO层之上的ZnO?CdS?Sb2S3三组分纳米棒阵列为电池的电子传输通道，光吸收材料MEH?PPV填充到ZnO?CdS?Sb2S3三组分纳米棒的间隙之中，同时在ZnO?CdS?Sb2S3三组分纳米棒阵列上方形成MEH?PPV膜层，在MEH?PPV膜层上沉积PEDOT:PSS作为空穴传输层，在空穴传输层上沉积Au膜作为电池的阴极；所述的ZnO?CdS?Sb2S3三组分纳米棒由Sb2S3壳层、CdS中间壳层、ZnO纳米棒组成，所述的CdS中间壳层外包覆着Sb2S3壳层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘长文，王命泰，邱泽亮，张慧，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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