專利名稱：全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用全水相合成的半導(dǎo)體納米晶 與導(dǎo)電聚合物制備高效有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池的方法。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)能源需求的不斷增加和化石型(煤、石油、天然氣)能源儲(chǔ)量的不斷減少， 尋找替代新能源已經(jīng)成為當(dāng)前科學(xué)研究的緊迫問(wèn)題。近年來(lái)，太陽(yáng)能電池，特別是有機(jī)太陽(yáng) 能電池，由于其具有加工簡(jiǎn)便、低成本、低能耗、綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)取代傳統(tǒng)的硅太陽(yáng) 能電池成為下一代太陽(yáng)能電池的發(fā)展方向。目前，有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法主要有兩種 旋涂制膜方法和真空氣相沉積方法，分別適用于共軛聚合物體系和有機(jī)小分子體系。有機(jī) 太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn)是有機(jī)物材料的載流子遷移率較低，影響了其整體光電轉(zhuǎn)換效率。如何提高有機(jī)物材料的載流子遷移率，盡可能增加對(duì)太陽(yáng)光的吸收以提高有機(jī)太 陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，是科研工作者必須解決的問(wèn)題。如果采用具有高載流子遷移率 的無(wú)機(jī)納米晶與有機(jī)聚合物復(fù)合，然后采用相關(guān)制膜技術(shù)制備有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池將 能有效提高對(duì)太陽(yáng)光的吸收，提高光生載流子的遷移率，進(jìn)而提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電 轉(zhuǎn)換效率。目前已有采用有機(jī)相制備并分散的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池相關(guān)研究和報(bào) 道，但由于有機(jī)溶劑的易揮發(fā)性、毒性和憎水性，材料制備過(guò)程復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)條件要求較高，因 而使得有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化電池器件的加工和材料的選擇范圍受到了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種采用全水相合成的聚合物和納米晶來(lái)制備有機(jī)/無(wú) 機(jī)雜化太陽(yáng)能電池的方法。采用這種方法制備太陽(yáng)能電池，材料來(lái)源廣泛，成本低廉，力口 工過(guò)程簡(jiǎn)潔快速，實(shí)驗(yàn)條件環(huán)保無(wú)污染，從而開辟了一條制備高效、綠色太陽(yáng)能電池的新途徑。本發(fā)明采用全水相合成的半導(dǎo)體納米晶如碲化鎘(CdTe)、硒化鎘(CdSe)、硫化 鎘(CdS)納米晶等與水相合成的導(dǎo)電聚合物前軀體聚苯乙烯撐(PPV)及其衍生物等雜 化為光活性材料進(jìn)而制備體相結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。本發(fā)明包括以下步驟1，制備水相的高質(zhì)量半導(dǎo)體納米晶；2，制備水相的PPV前 驅(qū)體；3，以半導(dǎo)體納米晶和PPV前驅(qū)體的混合溶液涂膜制備太陽(yáng)能電池。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明步驟如下1、水相制備CdTe、CdSe或CdS半導(dǎo)體納米晶水溶液將金屬鎘源(CdCl2或Cd(Ac)2CH2O等)與巰基乙胺配體加入到水溶液中，Cd2+的 濃度為1.0 X IO-3M 3. OX IO-2M, Cd2+與巰基乙胺的物質(zhì)的量的比例為1 1. 2 1 3.0， 用濃度0. IM IM的NaOH溶液或HCl溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值到中性或弱堿性，通N2氣 10 30分鐘以除去溶液中的氧；然后將NaHTe水溶液快速加入到CdCl2和巰基乙胺的混合 溶液中，Cd2+與NaHTe的物質(zhì)的量的比例為1 0. 01 1 0. 5 ；最后將新制備的混合溶液在80 100°C溫度下回流0. 5 48小時(shí)，隨著回流時(shí)間的延長(zhǎng)，不同階段取樣能夠得到熒光從綠光到紅光(360nm光照條件下)的粒徑(直徑)從2. 2nm到3. Snm的CdTe納米晶 溶液。本發(fā)明所述方法同樣可用于制備CdSe或CdS等各種半導(dǎo)體納米晶，不同之處在 于制備CdSe納米晶時(shí)采用同樣濃度的NaHSe代替NaHTe ；制備CdS時(shí)采用連續(xù)通H2S氣體 (向反應(yīng)體系中通30分鐘 24小時(shí)H2S氣體)代替NaHTe溶液，所得CdSe粒徑為2. Onm 6. 8nm,所得 CdS 粒徑為 2. Onm 7. Onm。2、水相制備共軛聚合物前驅(qū)體溶液在配置有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的三口燒瓶中加入摩爾比為1 3的對(duì)二氯二甲 基苯與四氫噻吩，以20 60ml甲醇為反應(yīng)介質(zhì)在50°C 60°C條件下油浴反應(yīng)24h 48h， 使甲醇中對(duì)二氯二甲基苯的濃度范圍為8. 57mM 25. 7Mm。然后向反應(yīng)液中加入125 375ml冷丙酮(0°C )，將析出的白色沉淀物過(guò)濾后再用冷丙酮洗滌5 8次，最后將沉淀產(chǎn) 物置于真空烘箱中于30 60°C條件下烘干至恒重，得到產(chǎn)物二硫鹽，即a，a’ 二氯代對(duì)二 甲苯四氫噻吩硫鹽，其結(jié)構(gòu)如下式所示。
權(quán)利要求
一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法，其步驟如下(1)水相制備半導(dǎo)體納米晶水溶液；(2)水相制備共軛聚合物前驅(qū)體溶液；(3)納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備首先，將半導(dǎo)體納米晶水溶液加異丙醇并高速離心沉淀，得到納米晶沉淀；然后將半導(dǎo)體納米晶沉淀與共軛聚合物前驅(qū)體溶液按質(zhì)量比1∶1～10∶1的比例混合，再將混合溶液采用旋涂的方法在導(dǎo)電陽(yáng)極表面或覆蓋有電子阻擋層的導(dǎo)電陽(yáng)極表面制備膜，膜厚為20nm～500nm，待膜干燥后將其轉(zhuǎn)移入充滿氮?dú)獾氖痔紫渲屑訜?0～120min，從而形成含有共軛聚合物和半導(dǎo)體納米晶的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的活性層；最后，將器件轉(zhuǎn)移入真空蒸鍍器，在活性層上依次蒸鍍或旋涂空穴阻擋層和金屬陰極，從而制備得到納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征在于共軛聚合物為聚苯乙烯撐、聚(2，5-二烷氧基對(duì)苯乙烯撐)或苯乙烯撐與2， 5- 二烷氧基對(duì)苯乙烯撐的共聚物。
3.如權(quán)利要求3所述的一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征在于聚苯乙烯撐前驅(qū)體溶液的制備步驟為，(1)在配置有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的三口燒瓶中加入摩爾比為1 3的對(duì)二氯二甲 基苯與四氫噻吩，以20 60ml甲醇為反應(yīng)介質(zhì)在50°C 60°C條件下油浴反應(yīng)24h 48h， 使甲醇中對(duì)二氯二甲基苯的濃度范圍為8. 57mM 25. 7Mm ；然后向反應(yīng)液中加入125 375ml、0°C冷丙酮，將析出的白色沉淀物過(guò)濾后再用冷丙酮洗滌5 8次，最后將沉淀產(chǎn)物 置于真空烘箱中于30 60°C條件下烘干至恒重，得到a，a’二氯代對(duì)二甲苯四氫噻吩硫鹽， 其結(jié)構(gòu)如下式所示；
4.如權(quán)利要求3所述的一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征在于聚(2，5-二烷氧基聚對(duì)苯乙烯撐)前驅(qū)體溶液的制備步驟為，(1)在配置有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的三口燒瓶中加入摩爾比為1 3的2，5-二烷氧 基-1，4-對(duì)二氯二甲基苯與四氫噻吩，以20 60ml甲醇反應(yīng)介質(zhì)在50°C 60°C條件下油 浴反應(yīng)24h 48h，使甲醇中2，5- 二烷氧基-1，4-對(duì)二氯二甲基苯的濃度范圍為8. 57mM 25. 7Mm ；然后向反應(yīng)液中加入125 375ml、0°C冷丙酮，將析出的白色沉淀物過(guò)濾后再用冷 丙酮洗滌5 8次，最后將沉淀產(chǎn)物置于真空烘箱中于30 60°C條件下烘干至恒重，得到 a,a' 二氯代-2，5_ 二烷氧基對(duì)二甲苯四氫噻吩硫鹽，其結(jié)構(gòu)如下式所示，
5.如權(quán)利要求1所述的一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征在于半導(dǎo)體納米晶為碲化鎘CdTe、硒化鎘CdSe或硫化鎘CdS。
6.如權(quán)利要求1所述的一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征在于金屬陰極的材料為&、1%、々1、1%/^8或01/八1。
7.如權(quán)利要求1所述的一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征在于導(dǎo)電陽(yáng)極的材料為氧化銦錫或摻雜氟的SnO2導(dǎo)電玻璃。
8.如權(quán)利要求1所述的一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征在于電子阻擋層的材料為聚3，4_乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸、三氧化鉬、五氧化 二釩或氧化鎢。
9.如權(quán)利要求1所述的一種全水相納米晶/導(dǎo)電聚合物雜化太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征在于空穴阻擋層的材料為2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-鄰二氮雜菲、ZnO納米 晶、TiO2納米晶或LiF。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用全水相合成半導(dǎo)體納米晶與導(dǎo)電聚合物進(jìn)而制備高效有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池的方法。主要包括水相納米晶和水相共軛聚合物的合成，太陽(yáng)能電池器件的制備三個(gè)步驟。該方法制備的太陽(yáng)能電池所需的納米晶材料來(lái)源廣泛，種類眾多，尺寸可調(diào)；所采用的共軛聚合物的分子結(jié)構(gòu)和分子量可調(diào)，有助于提高對(duì)太陽(yáng)光的吸收。電池器件加工能夠在室溫下空氣中進(jìn)行，過(guò)程綠色環(huán)保無(wú)污染，加工周期短，成本低廉。該方法開辟了一種制備有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池的新方法，成功地將水相合成的優(yōu)質(zhì)納米晶引入高效太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程中，是一種綠色無(wú)污染的新型太陽(yáng)能制備技術(shù)。
文檔編號(hào)H01L51/48GK101969102SQ201010247438
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者于偉利, 張俊虎, 張皓, 楊柏, 范戰(zhàn)西, 魏浩桐 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)