一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的全固態(tài)太陽(yáng)能電池及其制備方法，包括如下步驟：如下：(1)在透明導(dǎo)電基板上生長(zhǎng)多孔狀及納米纖維狀無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜；(2)將步驟（1）所得含有無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜的導(dǎo)電基板放入酸性染料溶液中浸泡，使無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面吸附一層酸性染料分子；(3)用溶劑沖洗無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面，除去未被吸附的染料分子，再將有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂成膜覆蓋于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面上；(4)然后真空蒸發(fā)的方法鍍一層電子阻擋層，最后用真空蒸發(fā)或噴涂的方法鍍上金屬電極，即形成所述的全固態(tài)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的太陽(yáng)能電池器件。由本方法獲得的太陽(yáng)能電池器件具有材料成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，易于大面積及柔性制備等優(yōu)越性。
【專利說(shuō)明】一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的全固態(tài)太陽(yáng)能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，全球能源需求量的增加，對(duì)可再生能源的有效利用成為急需解決的問(wèn)題。太陽(yáng)能電池器件能很好的利用太陽(yáng)能發(fā)電，是有效利用可再生能源的一種理想形式。目前占據(jù)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)主流的是多晶硅太陽(yáng)能電池。由于晶硅生長(zhǎng)耗能高，晶硅材料成本較高，研發(fā)成本更低的其他類型電池替代晶體硅電池是學(xué)界和業(yè)界多年來(lái)致力追求的目標(biāo)。這些電池類型大體包括:1)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池；2)無(wú)機(jī)化合物薄膜太陽(yáng)能電池，如CdTe/CdS，CuInGaSe薄膜電池；3)有機(jī)太陽(yáng)能電池，包括染料敏化太陽(yáng)能電池和有機(jī)(聚合物)薄膜太陽(yáng)能電池；4)纖維(納米)電池。
[0003]有機(jī)太陽(yáng)能電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的全固體薄膜器件裝置，其太陽(yáng)光吸收活性層為通過(guò)共混溶液加工的電子給體(D)-受體(A)本體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在本體異質(zhì)結(jié)中，半導(dǎo)體聚合物通常作為電子給體材料。因該類聚合物太陽(yáng)能電池具有生產(chǎn)成本低、重量輕和可柔性制備等多種固有的優(yōu)勢(shì)，在近年受到學(xué)界廣泛關(guān)注，屬于目前國(guó)際上熱門的研究領(lǐng)域之一。
[0004]有機(jī)太陽(yáng)能電池雖然具有上述優(yōu)越性，但存在效率低、壽命短等缺點(diǎn)，特別是再?gòu)?qiáng)烈的日光照射下。無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池雖然制備工藝復(fù)雜，但目前普遍效率較有機(jī)太陽(yáng)能電池高，而且穩(wěn)定性好。如果既能充分發(fā)揮有機(jī)材料制備工藝簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)，又能利用無(wú)機(jī)材料效率高穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)，將可能獲得既有好的效率和穩(wěn)定性，加工成本又低的太陽(yáng)能電池器件。為此，目前公認(rèn)為最好的辦法是將有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料相結(jié)合起來(lái)，制備成有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池。但有機(jī)和無(wú)機(jī)材料雜化之間要形成大面積、穩(wěn)定和高效光生激子分離的異質(zhì)界面仍然存在較大的挑戰(zhàn)，需要解決諸多技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決這方面的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的全固態(tài)太陽(yáng)能電池制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)思路是:擬通過(guò)靜電紡絲及高溫?zé)Y(jié)等手段，制備具有高電子遷移率的網(wǎng)絡(luò)狀金屬氧化物納米纖維薄膜，這些纖維具有一定強(qiáng)度，既可以紡絲附著在耐一定高溫的透明導(dǎo)電薄膜上燒結(jié)再進(jìn)行必要處理，也可以先紡絲在陶瓷或石墨等襯底上燒結(jié)后再粘附在透明導(dǎo)電薄膜上，然后通過(guò)溶液旋涂等方式在網(wǎng)絡(luò)纖維中灌入吸光的半導(dǎo)體聚合物，蒸上另一電極后就形成完整的器件。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的全固態(tài)太陽(yáng)能電池制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)、在透明導(dǎo)電基板上生長(zhǎng)多孔狀及納米纖維狀無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜；[0009](2)、將步驟(1)所得含有無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜的導(dǎo)電基板放入酸性染料溶液中浸泡，使無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面吸附一層酸性染料分子；
[0010](3)、用溶劑沖洗無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面，除去未被吸附的染料分子，再將有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂成膜覆蓋于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面上；
[0011](4)、然后真空蒸發(fā)的方法鍍一層電子阻擋層，最后用真空蒸發(fā)或噴涂的方法鍍上金屬電極，即形成所述的全固態(tài)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的太陽(yáng)能電池器件。
[0012]本發(fā)明透明導(dǎo)電基板包括，氧化銦錫(ΙΤ0)，氧化鋅鋁(AZO)，摻氟的氧化錫(FTO)中的一種或一種以上的混合物材質(zhì)的導(dǎo)電基板。
[0013]所述無(wú)機(jī)半導(dǎo)體包括金屬氧化物二氧化鈦(TiO2)和氧化鋅(ZnO)中的一種或一種以上的混合物。
[0014]所述酸性染料分子包括N719，Z907, N3中的一種或一種以上的混合物，酸性染料溶液的溶劑優(yōu)選為乙醇，酸性染料的濃度優(yōu)選為0.l%(m/V),即每毫升乙醇中含有Img的染料，所述N719, Z907, N3的結(jié)構(gòu)式如下:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的全固態(tài)太陽(yáng)能電池器件的制備方法，其特征在于，備步驟如下: (1)、在透明導(dǎo)電基板上生長(zhǎng)多孔狀及納米纖維狀無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜； (2)、將步驟(1)所得含有無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜的導(dǎo)電基板放入酸性染料溶液中浸泡，使無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面吸附一層酸性染料分子； (3)、用溶劑沖洗無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面，除去未被吸附的染料分子，再將有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂成膜覆蓋于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面上； (4)、然后真空蒸發(fā)的方法鍍一層電子阻擋層，最后用真空蒸發(fā)或噴涂的方法鍍上金屬電極，即形成所述的全固態(tài)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的太陽(yáng)能電池器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)在透明導(dǎo)電基板上生長(zhǎng)多孔狀及納米纖維狀無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜包括:步驟a、在透明導(dǎo)電基板上的致密金屬氧化物膠體薄膜層后；步驟b、在形 成致密金屬氧化物膠體薄膜層的透明導(dǎo)電基板上制備金屬氧化物多孔狀膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于， 所述步驟a包括:將金屬鹽、無(wú)水乙醇和冰乙酸混合攪拌形成A溶液，蒸餾水、無(wú)水乙醇和硝酸混合攪拌形成B溶液，將B溶液加入到A溶液后形成溶膠，將制得的溶膠旋涂在透明導(dǎo)電基板上； 所述步驟b包括:在無(wú)水乙醇和冰乙酸的混合溶液中加入金屬鹽和PVP，室溫下攪拌形成澄清的混合液，使用制得的混合液在步驟a獲得的涂有致密金屬氧化物膠體薄膜的透明導(dǎo)電基板上通過(guò)靜電紡絲辦法形成金屬氧化物多孔狀膜； 所述金屬氧化物二氧化鈦(TiO2)和氧化鋅(ZnO)中的一種或一種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于， 所述步驟a中金屬鹽為Ti (OBu) 4或醋酸鋅，所述A溶液中的無(wú)水乙醇體積是B溶液的兩倍，所述的A溶液中金屬鹽與無(wú)水乙醇的摩爾比為1:16 ;A溶液中金屬鹽和冰乙酸的摩爾比為1:1.5;所述的B溶液中蒸餾水與無(wú)水乙醇的摩爾比為1:4，所述的B溶液中蒸餾水與硝酸摩爾比為1:0.075 ； 所述步驟b中的金屬鹽為Ti (OBu)4或醋酸鋅，所述無(wú)水乙醇和冰乙酸的體積比為4:1，金屬鹽在無(wú)水乙醇和冰乙酸的混合溶液中的濃度為5-100mg/mL ；PVP在無(wú)水乙醇和冰乙酸的混合溶液中的濃度為10-200mg/mL。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述溶膠旋涂的速度為4000轉(zhuǎn)/分；所述靜電紡絲過(guò)程中所用靜電紡絲的注射器噴絲頭內(nèi)徑0.5mm，紡絲液流速為0.5ml/h,電壓為10kV，距離為20cm，噴射時(shí)間為I小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一權(quán)利要求所述的制備方法，其特征在于: 所述步驟a中的致密金屬氧化物膠體薄膜層的厚度為IOOnm ； 所述步驟b中的金屬氧化物多孔膜或多孔纖維的厚度優(yōu)選為50nm-l μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:進(jìn)一步將步驟b制備后得到的透明導(dǎo)電基板在室溫下放置3h，然后在300-600°C下熱處理l_5h，得到金屬氧化物多孔膜及納米纖維狀膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述透明導(dǎo)電基板包括氧化銦錫(ITO)，氧化鋅鋁(AZO)，摻氟的氧化錫(FTO)中的一種或一種以上的混合物材質(zhì)的導(dǎo)電基板； 所述酸性染料分子包括N719，Z907, N3中的一種或一種以上的混合物，所述酸性染料溶液的溶劑為乙醇，染料濃度為0.l%(mg/mL),即每毫升乙醇中含有Img的染料，其中，所述N719，Z907, N3的結(jié)構(gòu)式如下:
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的制備方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜的厚度為50nm到1000nm,所述有機(jī)半導(dǎo)體的厚度為500nm ;金屬電極層的厚度為120nm。
10.一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的全固態(tài)太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述太陽(yáng)能電池包含權(quán)利要求1-9任一權(quán)利要求所述制備方法得到的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的全固態(tài)太陽(yáng)能電池器件。
【文檔編號(hào)】H01L51/48GK103972398SQ201410145582
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】鄧先宇, 聶日明 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院