專(zhuān)利名稱(chēng)：聚合物太陽(yáng)能電池光活性層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層及其制 備方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是人類(lèi)未來(lái)最理想的替代能源，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)能電池是目前 各國(guó)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。聚合物太陽(yáng)能電池具有價(jià)格低廉、柔性、易于加工、可大面積制備等 優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步提高聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率是其獲得大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的前提。聚合 物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率取決于其光活性層對(duì)太陽(yáng)能輻射光譜的吸收和載流子的分 離、傳輸效率。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體是一類(lèi)具有良好的光吸收性能和電子傳輸性能的光電材料， 可以通過(guò)控制納米晶體的尺寸來(lái)改變吸收波長(zhǎng)。利用光吸收性能和電荷傳輸性能優(yōu)良且穩(wěn)定性好的無(wú)機(jī)納米晶體作為聚合物太 陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化材料，通過(guò)控制納米晶體的尺寸及其在光活性層中的含量可以大幅提 高電池效率。傳統(tǒng)上，往往首先制備得到無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體，然后再將其摻入聚合物太陽(yáng)能 電池，這種方法需要復(fù)雜的物理、化學(xué)制備納米晶體步驟，并且不容易去除納米晶體制備步 驟中所加入的表面修飾劑、分散劑等，進(jìn)而影響到太陽(yáng)能電池器件性能。因此需要提供一種 簡(jiǎn)單低成本、含量和尺寸可控的原位制備方法，將無(wú)機(jī)納米晶體引入聚合物電池中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層 的制備方法。本發(fā)明所提供的制備摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層的 方法包括下述步驟1)將Pb、Cd或Zn的無(wú)機(jī)鹽溶于甲基丙烯酸或丙烯酸中，得到Pb、Cd或Zn的無(wú)機(jī) 鹽溶液；2)將聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)溶于鄰二氯苯或氯苯中，在40-60°C下，在磁 力攪拌器上攪拌2-20小時(shí)得到聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶液；3)將步驟1)得到的無(wú)機(jī)鹽溶液和步驟2)獲得的聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的 溶液混合，在40-60°C下，攪拌2-20小時(shí)，得到混合溶液；4)將步驟3)得到得混合溶液進(jìn)行旋涂制膜，將所得薄膜置于H2S或H2Se氣氛中 處理10-120分鐘，取出，得到摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物電池光活性層。所述步驟3)中，所述無(wú)機(jī)鹽溶液和所述聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶液混 合的體積比為1 5-1 40。所述步驟1)中，所述無(wú)機(jī)鹽溶液的濃度為120-3600毫克/毫升。
所述步驟1)中，所述Pb、Cd或Zn的無(wú)機(jī)鹽為Pb、Cd或Zn的甲基丙烯酸鹽或者丙
烯酸鹽。所述步驟2)中，所述聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)為傳輸空穴的給體材料與傳 輸電子的受體材料的混合物；所述傳輸空穴的給體材料為共軛聚合物；所述傳輸電子的受 體材料為C6tl或[6，6]-C6tl-苯基丁酸甲酯(PCBM)。所述傳輸空穴的給體材料與傳輸電子的受體材料的質(zhì)量比為1 10-10 1。所述聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶液中共軛聚合物的濃度為2-50毫克/毫升。上述的無(wú)機(jī)鹽的溶劑甲基丙烯酸或丙烯酸中，優(yōu)選甲基丙烯酸；上述的聚合物太 陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶劑鄰二氯苯或氯苯中，優(yōu)選鄰二氯苯。上述方法制備的摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層也屬于 本發(fā)明的保護(hù)范圍。上述制備得到的摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層中的無(wú) 機(jī)半導(dǎo)體納米晶體包括PbS、PbSe, CdS、CdSe, ZnS, ZnSe。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的粒徑為 3-lOOnm，均勻分散在聚合物太陽(yáng)能電池活性層中，形態(tài)穩(wěn)定。光活性層中無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米 晶體的質(zhì)量百分含量為_(kāi)90%。本發(fā)明的方法原位制備得到摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活 性層，該方法將無(wú)機(jī)鹽溶液與聚合物光活性物質(zhì)溶液混合，所得溶液旋涂制備光活性薄膜， 再經(jīng)吐5或!1256氣氛處理后，薄膜中的無(wú)機(jī)鹽轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒，改善了光活性層 的光吸收性能和載流子傳輸性能，能夠有效提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。本方法不需 要復(fù)雜的物理或化學(xué)制備納米晶體的工藝步驟，具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，納米晶體尺寸和 含量可控等特點(diǎn)，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的方法制備得到的摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納 米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層中的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體單分散性好，性能穩(wěn)定，且 在一定的粒徑范圍內(nèi)可控。通過(guò)控制納米晶體的含量和尺寸來(lái)改善太陽(yáng)能電池的光吸收性 能及載流子分離、傳輸效率，從而提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。


圖1為根據(jù)實(shí)施例1所述條件制備的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒摻雜的聚合物光活性層 的透射電子顯微照片。圖2是根據(jù)實(shí)施例3所述條件制備的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒摻雜的聚合物光活性層 的透射電子顯微照片。圖3中曲線1是根據(jù)實(shí)施例1所述條件制備的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒摻雜的聚合物 光活性層的紫外可見(jiàn)吸收光譜，曲線2是未摻雜的聚合物光活性層的紫外可見(jiàn)吸收光譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō) 明，均為常規(guī)方法。實(shí)施例1 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為1 1的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和C6tl溶于鄰二氯苯中，得到P3HT濃度為17mg/mL的溶 液，把該溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 20的體積比 混合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2S氣氛中1小時(shí)， 得到PbS納米晶體摻雜的光活性薄膜，通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡照片測(cè)定其納米晶體尺 寸為3-6nm，如圖1所示，通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到PbS納米晶體質(zhì)量百分含量為43. 4%， 聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量百分含量為28.3%，C6tl質(zhì)量百分含量為28.3%。將旋涂在 PEDOT:PSS/IT0上的該P(yáng)bS納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物 太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用 Keithley236源測(cè)量單元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型 號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能 電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為0.8%。圖3中曲線1是 根據(jù)上述條件制備的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒摻雜的聚合物光活性層的紫外可見(jiàn)吸收光譜，曲 線2是未摻雜的聚合物光活性層的紫外可見(jiàn)吸收光譜。實(shí)施例2 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 1的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和C6tl溶于鄰二氯苯中，得到P3HT濃度為17mg/mL的溶 液，把該溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 20的體積比混 合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2Se氣氛中1小時(shí)，得 到PbSe納米晶體摻雜的光活性薄膜，通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為 3-6nm，通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到PbSe納米晶體質(zhì)量百分含量為51.8%，聚(3-己基)噻吩 (P3HT)質(zhì)量百分含量為24. 1%，C6tl質(zhì)量百分含量為24. 1%。將旋涂在PED0T:PSS/IT0上 的該P(yáng)bSe納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電 池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236 源測(cè)量單元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192， 以得到相當(dāng)于AM 1. 5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校 準(zhǔn)。結(jié)果表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為0. 9%。實(shí)施例3 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到240mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 1的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和C6tl溶于鄰二氯苯中，得到P3HT濃度為17mg/mL的溶 液，把該溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 5的體積比 混合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2S氣氛中1小時(shí)， 得到PbS納米晶體摻雜的光活性薄膜，納米晶體尺寸為10-40nm，如圖2所示，通過(guò)反應(yīng)方 程式計(jì)算得到PbS納米晶體質(zhì)量百分含量為37. 2%，，聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量百分 含量為31.4%，C6tl質(zhì)量百分含量為31.4%。將旋涂在PED0T:PSS/IT0上的該P(yáng)bS納米晶 體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是在室 溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元記錄 電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明所得 聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為0. 6%。
實(shí)施例4 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到240mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 1的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和C6tl溶于鄰二氯苯中，得到P3HT濃度為17mg/mL的溶 液，把該溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 5的體積比 混合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2Se氣氛中1小 時(shí)，得到PbSe納米晶體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡方法測(cè)定其納米 晶體尺寸為10-40nm，通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到bSe納米晶體質(zhì)量百分含量為44. 6%，，聚 (3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量百分含量為27.7%，C6tl百分含量含量為27. 7%。將旋涂在 PEDOT:PSS/IT0上的該P(yáng)bSe納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合 物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采 用Keithley 236源測(cè)量單元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬 器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn) 太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為0. 8%。實(shí)施例5 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 1的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和PCBM溶于鄰二氯苯中，得到P3HT濃度為17mg/mL的 溶液，把該溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 20的體積比 混合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2S氣氛中1小時(shí)， 得到PbS納米晶體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡照片測(cè)定其納米晶體尺 寸為2-5nm，如圖1所示，通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到PbS納米晶體質(zhì)量百分含量為43. 4%， 聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量百分含量為28.3%，C6tl質(zhì)量百分含量為28.3%。將旋涂在 PEDOT:PSS/IT0上的該P(yáng)bS納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物 太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用 Keithley236源測(cè)量單元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型 號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1. 5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能 電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為2.8%。實(shí)施例6 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 1的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和PCBM溶于鄰二氯苯中，得到P3HT濃度為17mg/mL的溶 液，把該溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 20的體積比混 合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2Se氣氛中1小時(shí)，得 到PbSe納米晶體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為 2-5nm,通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到PbSe納米晶體質(zhì)量百分含量為51. 8%，聚(3-己基)噻吩 (P3HT)質(zhì)量百分含量為24. 1%，C6tl質(zhì)量百分含量為24. 1%。將旋涂在PED0T:PSS/IT0上 的該P(yáng)bSe納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電 池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236 源測(cè)量單元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192， 以得到相當(dāng)于AM 1. 5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校 準(zhǔn)。結(jié)果表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為3. 0%。
實(shí)施例7 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 4的聚(2-甲氧基-5-(3’，7’_ 二甲基癸氧基))-1，4_苯撐乙烯(MEH-PPV)和PCBM溶 于鄰二氯苯中，得到MEH-PPV濃度為17mg/mL的溶液，把該溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充 分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 20的體積比混合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜， 在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2S氣氛中1小時(shí)，得到PbS納米晶體摻雜的光活性薄膜。通 高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為3-8nm，通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到PbS納米 晶體質(zhì)量百分含量為29.2%，聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量百分含量為35. 4%，C6tl質(zhì)量百 分含量為35. 4%。將旋涂在PED0T:PSS/IT0上的該P(yáng)bS納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金 屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電 池有效面積為0.04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬 太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1. 5的輻射條件(lOOmW/cm2)， 采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效 率為1. 5%。實(shí)施例8 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；⑵把質(zhì)量比為 1 4的MEH-PPV和PCBM溶于鄰二氯苯中，得到MEH-PPV濃度為17mg/mL的溶液，把該溶 液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 20的體積比混合，置于 50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2Se氣氛中1小時(shí)，得到PbSe 納米晶體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為3-8nm，通 過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到PbSe納米晶體質(zhì)量百分含量為35.0%，聚(3-己基)噻吩(P3HT) 質(zhì)量百分含量為32.5%，C60質(zhì)量百分含量為32.5%。將旋涂在PEDOTPSS/IT0上的該P(yáng)bSe 納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試 是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單 元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相 當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果 表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為1.6%。實(shí)施例9 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到240mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 4的MEH-PPV和PCBM溶于鄰二氯苯中，得到MEH-PPV濃度為17mg/mL的溶液，把該溶液 置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 5的體積比混合，置于50°C 下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2S氣氛中1小時(shí)，得到PbS納米 晶體摻雜的光活性薄膜，通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為10-30nm，通過(guò) 反應(yīng)方程式計(jì)算得到PbS納米晶體質(zhì)量百分含量為37.2%，聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量 百分含量為31.4%，C6tl質(zhì)量百分含量為31.4%。將旋涂在PED0T:PSS/IT0上的該P(yáng)bS納 米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是 在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元 記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng) 于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表率為1. 3%。實(shí)施例10 (1)將甲基丙烯酸鉛溶于甲基丙烯酸中，得到240mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 4的MEH-PPV和PCBM溶于鄰二氯苯中，得到MEH-PPVP3HT濃度為17mg/mL的溶液，把該 溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 5的體積比混合，置于 50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2Se氣氛中1小時(shí)，得到PbSe 納米晶體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為10-30nm， 通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到PbSe納米晶體質(zhì)量百分含量為37. 2%，聚(3-己基)噻吩(P3HT) 質(zhì)量百分含量為31. 4%，C6tl質(zhì)量百分含量為31. 4%。將旋涂在PEDOTPSS/IT0上的該P(yáng)bSe 納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試 是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單 元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相 當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果 表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為1. 5%。實(shí)施例11 (1)將甲基丙烯酸鎘溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；⑵把質(zhì)量比為 1 2MEH-PPV和PCBM溶于氯苯中，得到聚(2-甲氧基-5-(3，，7，- 二甲基癸氧基))-1， 4-苯撐乙烯濃度為15mg/mL的溶液，把該溶液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將 上述兩種溶液按1 5的體積比混合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該 復(fù)合薄膜置于H2S氣氛中1小時(shí)，得到CdS納米晶體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射 電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為5-15nm，通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到CdS納米晶體質(zhì)量百 分含量為44.4%，聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量百分含量為27.8%，C6tl質(zhì)量百分含量為 27. 8%。將旋涂在PEDOT:PSS/IT0上的該CdS納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極 后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面 積為0.04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光 光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1. 5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用 經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為 1. 1%。實(shí)施例12 (1)將甲基丙烯酸鎘溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；⑵把質(zhì)量比為 1 2的MEH-PPV和PCBM溶于氯苯中，得到MEH-PPV濃度為15mg/mL的溶液，把該溶液置于 50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 5的體積比混合，置于50°C下攪 拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2Se氣氛中1小時(shí)，得到CdSe納米晶 體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為5-15nm，通過(guò)反 應(yīng)方程式計(jì)算得到CdSe納米晶體質(zhì)量百分含量為59. 0%，聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量 百分含量為20. 5%,C60質(zhì)量百分含量為20. 5%。將旋涂在PEDOT:PSS/IT0上的該CdSe納 米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是 在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元 記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表 明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為1. 3%。實(shí)施例13 (1)將甲基丙烯酸鎘溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；⑵把質(zhì)量比為 1 0.8的P3HT和PCBM溶于氯苯中，得到P3HT濃度為15mg/mL的溶液，把該溶液置于50°C 下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 20的體積比混合，置于50°C下攪拌 12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2S氣氛中1小時(shí)，得到CdS納米晶體摻 雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為2-5nm，通過(guò)反應(yīng)方 程式計(jì)算得到CdS納米晶體質(zhì)量百分含量為37. 4%，聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量百分 含量為31.3%，C6tl質(zhì)量百分含量為31.3%。將旋涂在PED0T:PSS/IT0上的該CdS納米晶 體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是在室 溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元記錄 電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明所得 聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為1.8%。實(shí)施例14 (1)將甲基丙烯酸鎘溶于甲基丙烯酸中，得到1440mg/mL的溶液；⑵把質(zhì)量比為 1 0.8的P3HT和PCBM溶于氯苯中，得到P3HT濃度為15mg/mL的溶液，把該溶液置于50°C 下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 20的體積比混合，置于50°C下攪拌 12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2Se氣氛中1小時(shí)，得到CdSe納米晶體摻 雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為2-5nm，通過(guò)反應(yīng)方 程式計(jì)算得到CdSe納米晶體質(zhì)量百分含量為49. 6%，聚(3-己基)噻吩(P3HT)質(zhì)量百分 含量為25. 2%,C60質(zhì)量百分含量為25. 2%。將旋涂在PEDOT:PSS/IT0上的該CdSe納米晶 體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試是在室 溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元記錄 電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明所得 聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為1.9%。實(shí)施例15 (1)將甲基丙烯酸鋅溶于甲基丙烯酸中，得到720mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為質(zhì) 量比為1 1的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和PCBM溶于氯苯中，得到P3HT濃度為15mg/mL 的溶液，把該溶液置于60°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 10的體積 比混合，置于50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2S氣氛中0. 5小 時(shí)，得到ZnS納米晶體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺 寸為2-6nm，通過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到ZnS納米晶體質(zhì)量百分含量為29. 4%，聚(3-己基) 噻吩(P3HT)質(zhì)量百分含量為35. 3%，C6tl質(zhì)量百分含量為35. 3%。將旋涂在PED0T:PSS/IT0 上的該ZnS納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電 池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236 源測(cè)量單元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1. 5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校 準(zhǔn)。結(jié)果表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為2. 5%。實(shí)施例16 (1)將甲基丙烯酸鋅溶于甲基丙烯酸中，得到1080mg/mL的溶液；(2)把質(zhì)量比為 1 2的MEH-PPV和PCBM溶于鄰二氯苯中，得到MEH-PPV濃度為15mg/mL的溶液，把該溶 液置于50°C下攪拌12小時(shí)，充分溶解；(3)將上述兩種溶液按1 10的體積比混合，置于 50°C下攪拌12小時(shí)，旋涂制膜，在室溫下，將該復(fù)合薄膜置于H2Se氣氛中1小時(shí)，得到ZnSe 納米晶體摻雜的光活性薄膜。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡測(cè)定其納米晶體尺寸為2-6nm，通 過(guò)反應(yīng)方程式計(jì)算得到ZnSe納米晶體質(zhì)量百分含量為43. 6%，聚(3-己基)噻吩(P3HT) 質(zhì)量百分含量為28. 2 %，C60質(zhì)量百分含量為28. 2 %。將旋涂在PEDOT PSS/ITO上的該ZnSe 納米晶體摻雜的光活性薄膜蒸鍍金屬鋁電極后得到一種聚合物太陽(yáng)能電池，電池性能測(cè)試 是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單 元記錄電流-電壓曲線。采用的模擬太陽(yáng)光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相 當(dāng)于AM 1.5的輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果 表明所得聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為1.4%。
權(quán)利要求
一種摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層的制備方法，包括下述步驟1)將Pb、Cd或Zn的無(wú)機(jī)鹽溶于甲基丙烯酸或丙烯酸中，得到Pb、Cd或Zn的無(wú)機(jī)鹽溶液；2)將聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)溶于鄰二氯苯或氯苯中，在40 60℃下，攪拌2 20小時(shí)得到聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶液；3)將步驟1)得到的無(wú)機(jī)鹽溶液和步驟2)獲得的聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶液混合，在40 60℃下，攪拌2 20小時(shí)，得到混合溶液；4)將步驟3)得到得混合溶液進(jìn)行旋涂制膜，將所得薄膜置于H2S或H2Se氣氛中處理10 120分鐘，取出，得到摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，所述無(wú)機(jī)鹽溶液和所述 聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶液混合的體積比為1:5-1: 40。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步驟1)中，所述無(wú)機(jī)鹽溶液的 濃度為120-3600毫克/毫升；所述無(wú)機(jī)鹽溶液的溶劑為甲基丙烯酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述步驟1)中，所述Pb、Cd或 Zn的無(wú)機(jī)鹽為Pb、Cd或Zn的甲基丙烯酸鹽或者丙烯酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述步驟2)中，所述聚合 物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)為傳輸空穴的給體材料與傳輸電子的受體材料的混合物；所述傳 輸空穴的給體材料為共軛聚合物；所述傳輸電子的受體材料為C60或[6，6]-C60-苯基丁酸 甲酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述傳輸空穴的給體材料與傳輸電子的 受體材料的質(zhì)量比為1 10-10 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶 液中共軛聚合物的濃度為2-50毫克/毫升。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述傳輸空穴的給體材料與傳輸電子的 受體材料的質(zhì)量比為1 10-10 1。
9.權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的方法制備的摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太 陽(yáng)能電池光活性層薄膜。
10.權(quán)利要求9所述的摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層在制備 聚合物太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層及其制備方法。該方法包括下述步驟1)將Pb、Cd或Zn的無(wú)機(jī)鹽溶于甲基丙烯酸或丙烯酸中，得到Pb、Cd或Zn的無(wú)機(jī)鹽溶液；2)將聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)溶于鄰二氯苯或氯苯中，攪拌得到聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶液；3)將步驟1)得到的無(wú)機(jī)鹽溶液和步驟2)獲得的聚合物太陽(yáng)能電池光活性物質(zhì)的溶液混合攪拌得到混合溶液；4)將步驟3)得到得混合溶液進(jìn)行旋涂制膜，將所得薄膜置于H2S或H2Se氣氛中處理10-120分鐘，取出。本方法不需要復(fù)雜的物理或化學(xué)制備納米晶體的工藝步驟，具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，納米晶體尺寸和含量可控等特點(diǎn)，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L51/46GK101901873SQ20091008565
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者劉偉麗, 劉瑞剛, 王文, 黃勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所