基于金属纳米粒子掺杂三端子并联聚合物太阳能电池及其制备方法

摘要

基于金属纳米粒子掺杂三端子并联聚合物太阳能电池及其制备方法,属于聚合物太阳能电池技术领域。依次由作为衬底和阴极的ITO导电玻璃、TiO₂电子传输层、PSBTBT:PC₇₀BM:NPs活性层、MoO₃空穴传输层、Ag阳极、WO₃空穴传输层、P3HT:PC₇₀BM:NPs活性层、LiF电子传输层和Al阴极组成，P3HT:PC₇₀BM:NPs活性层的质量比为1：1：0.02～0.05，其中NPs代表Au或Ag纳米粒子。本发明通过将活性层吸收光范围互补的两个子电池组成并联结构，并且在每个子电池的活性层中掺杂金属纳米粒子，利用金属纳米粒子附近的等离子增强效应提高太阳能电池对于太阳光的利用率，从而提高太阳能电池的性能。

主权项

一种基于金属纳米粒子掺杂的三端子并联聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：1)将ITO导电玻璃放入烧杯中，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗20～30min，清洗后用氮气吹干，放入培养皿中；2)室温下将10～20mL的钛酸四丁酯滴加到90～100mL的无水乙醇中，再滴加10～20mL的冰乙酸，磁力搅拌30～40min，得到均匀透明的淡黄色溶液；然后加入10～20mL的乙酰丙酮，搅拌20～30min，再将10～20mL去离子水以2～4mL/min的速率缓慢滴加到上述溶液中，继续搅拌1～2h，得到均匀透明淡黄色的TiO₂溶胶，放置陈化6～8h；将陈化后的TiO₂溶胶旋涂在步骤1)得到的ITO导电玻璃表面制备TiO₂薄膜，旋涂速度为3000～5000rpm；然后将带有TiO₂薄膜的ITO导电玻璃放入马弗炉中，在450～600℃条件下焙烧2～3h，随后关闭电源让炉内自然降温10～12h，即可在ITO导电玻璃上制得TiO₂薄膜，薄膜的厚度为30～50nm；3)室温条件下，将给体材料PSBTBT与受体材料PC₇₀BM按照质量比1：1混合后溶于聚合物溶剂二氯苯中，配置成15～20mg/mL的溶液，之后掺入NPs的溶液，PSBTBT：PC₇₀BM：NPs的质量比为1：1：0.02～0.05，在600～1000rpm的搅拌速度下搅拌24～48h，即可配置成PSBTBT：PC₇₀BM：NPs的混合溶液，其中NPs代表Au或Ag纳米粒子；4)在TiO₂薄膜上旋涂PSBTBT：PC₇₀BM：NPs混合溶液，转速为800～1200rpm；然后，将样品放入充满氩气的手套箱中，在热台上以100～120℃退火10～30min，从而在TiO₂薄膜上制得PSBTBT：PC₇₀BM：NPs活性层，厚度为200～300nm；5)将样品取出，在压强为1×10^‑4～5×10^‑4Pa条件下，在活性层上蒸镀MoO₃空穴传输层，厚度为3～5nm，生长速度为6)在压强为8×10^‑4～1×10^‑3Pa条件下，在空穴传输层上蒸镀Ag电极，厚度为80～120nm，生长速度为7)在压强为9×10^‑4～2×10^‑3Pa条件下，在Ag电极上蒸镀WO₃空穴传输层，厚度为3～5nm，生长速度为8)室温条件下，将给体材料P3HT与受体材料PC₇₀BM按照质量比1：1溶于聚合物溶剂二氯苯中，配置成15～20mg/mL的溶液，之后掺入含有Au或Ag纳米颗粒的溶液，P3HT：PC₇₀BM：NPs的质量比为1：1：0.02～0.05，在600～1000rpm速度下搅拌24～48h，即可配置成P3HT：PC₇₀BM：NPs的混合溶液；9)将样品取出，在WO₃空穴传输层上旋涂P3HT：PC₇₀BM：NPs混合溶液，转速为800～1200rpm；然后，将样品放入充满氩气的手套箱中，在热台上以140～160℃退火10～30min，从而在WO₃空穴传输层上制得P3HT：PC₇₀BM：NPs活性层，厚度为200～300nm；10)将样品取出，在压强为1×10^‑4～5×10^‑4Pa条件下，在活性层上蒸镀LiF电子传输层，厚度为1～3nm，生长速度为11)最后，在压强为8×10^‑4～1×10^‑3Pa条件下，在LiF电子传输层上蒸镀Al电极，厚度为70～110nm，生长速度为从而制备得到基于金属纳米粒子掺杂的三端子并联结构聚合物太阳能电池。