CN107946467B - 一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池及其制备方法，在衬底上引入银纳米线薄膜层，并用氧化锌薄膜覆盖于其上，之后制备银纳米颗粒夹杂氧化锌纳米柱，之后在其上制备聚合物太阳电池活性层、空穴传输层及顶电极层，形成完整的聚合物太阳电池结构。本发明具有以下优点：1)通过简单的非真空方法将银纳米线负载在玻璃之上，采用溶剂方法和水热法在其上制备氧化锌薄膜和银纳米颗粒夹杂氧化锌纳米柱，银纳米颗粒的等离子体激源效应改善透明导电薄膜的电学性能。本方法制备多层薄膜具有原料来源丰富且操作简单，不需要高温，真空等严苛条件，薄膜具有成本低等优点；2)在上述薄膜之上制备聚合物太阳电池，利用上述结构的三重光散射，提高聚合物太阳电池的光吸收能力以提高太阳电池效率。

Description

一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
近年来，人类一直致力于寻找新型光伏材料。聚合物太阳电池由于其低成本、柔性特征，以及快速增长的光电效率获得人们的广泛关注，聚合物材料有着原材料来源丰富，无毒绿色环保，制备方法简单，经济成本低廉等特征。在聚合物太阳电池的制备过程中，广泛使用ITO薄膜作为太阳电池的底电极，ITO(铟掺杂氧化锡薄膜)是透明导电薄膜的一种，其具有在可见光内有较高的透过率，并具有优良的导电性，方阻可达到10Ω/Sq以下。ITO是当前透明导电薄膜的最主要材料。ITO薄膜在制备及使用过程中也存在一些缺点，其中包括：(1)铟材料为稀缺资源，价格日益昂贵；(2)ITO薄膜柔性度受限，ITO薄膜不支持多次弯折，其脆性结构不支持柔性光电子器件的性能要求；(3)ITO薄膜通常采用真空镀膜的制备方法，其设备昂贵，真空设备生产效率低也导致ITO薄膜价格昂贵。为此众多科学家开展了替代ITO薄膜的研究，如何采用低成本材料及工艺制备有替代ITO薄膜的太阳能电池，以有效降低太阳能电池成本成为新的研究方向。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池及其制备方法，解决上述问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其包括：提供具有第一表面和与所述第一表面相对应的第二表面的衬底，清洗衬底；
在所述第一表面上通过旋转涂膜或浸渍提拉镀膜制备银纳米线薄膜层；
在所述银纳米线薄膜层上通过溶液法制备氧化锌薄膜层，使所述氧化锌薄膜层包覆所述银纳米线薄膜层；
在所述氧化锌薄膜层上通过水热法生长掺杂银纳米颗粒的氧化锌纳米柱，形成氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层；
配置聚噻吩和富勒烯混合溶液，在所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层上旋涂所述聚噻吩和富勒烯混合溶液，形成聚合物太阳电池活性层；
在所述聚合物太阳电池活性层上通过旋转涂膜或真空热蒸发法制备空穴传输层；
通过丝网印刷、真空蒸镀、真空溅射或电子束热蒸发中的任意一种方法在所述空穴传输层上制备顶电极，即电极层，形成基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池。
作为本发明的一个优选的实施例，所述清洗衬底包括：先用洗涤剂清洗衬底，然后用丙酮、乙醇分别超声清洗，再采用去离子水超声清洗，经干燥后的衬底保存在氮气环境中备用。
作为本发明的一个优选的实施例，在所述第一表面上通过旋转涂膜制备银纳米线薄膜层包括：取1-10mg/ml的银纳米线醇分散液，所述银纳米线的直径为30-200nm，长度为5-200μm，加入0.1-1mg/ml甲基纤维素，经过1-30min超声处理，得到稳定分散的甲基纤维素包覆的银纳米线溶液，将所述衬底放置在旋转涂膜机之上，用旋转涂膜的方法将所述银纳米线溶液涂覆在所述衬底上，经烘干后形成银纳米线薄膜层，所述银纳米线薄膜层的厚度为100-600nm。
作为本发明的一个优选的实施例，在所述银纳米线薄膜层上通过溶液法制备氧化锌薄膜层包括：将醋酸锌化合物、乙醇胺和乙醇在40-80℃的温度条件下混合并进行反应，陈化24h后形成氧化锌溶胶，用旋转涂膜或浸渍提拉镀膜的方法将所述氧化锌溶胶涂覆于所述银纳米线薄膜层上，待烘干后形成氧化锌薄膜层，所述氧化锌薄膜层的厚度为20-150nm，银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层的方块电阻低于50Ω/Sq。
作为本发明的一个优选的实施例，所述醋酸锌化合物中锌的浓度为0.01-1mol/L，乙醇胺与锌的物质的量比为1：3。
作为本发明的一个优选的实施例，在所述氧化锌薄膜层上通过水热法生长掺杂银纳米颗粒的氧化锌纳米柱，形成氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层包括：将所述氧化锌薄膜层面朝下，放置于容纳有硝酸锌、硝酸银和六亚甲基次胺溶液的水热釜内，所述硝酸锌与六亚甲基次胺的摩尔比为1：1，所述六亚甲基次胺的浓度为0.1～2mol/L，所述硝酸锌与硝酸银的摩尔比值为0.01％～0.9％，将水热釜放入鼓风干燥箱中，在85～100℃的温度条件下加热1-5h，冷却后取出样品，即获得氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层，所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层的厚度为200-5000nm，银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层/氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层的方块电阻低于20Ω/Sq。
作为本发明的一个优选的实施例，配置聚噻吩和富勒烯混合溶液，在所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层上旋涂所述聚噻吩和富勒烯混合溶液，形成聚合物太阳电池活性层包括：聚噻吩为P3HT，富勒烯为PCBM，溶剂为氯苯或二氯苯，所述P3HT与PCBM的重量比为1：0.8，制得聚噻吩和富勒烯混合溶液，所述聚噻吩和富勒烯混合溶液的总浓度为10-40mg每毫升，取100ul聚噻吩和富勒烯溶液，先采用800rpm旋转10s，后采用2000rpm旋转30s，旋涂在所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层上，将所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层面朝下倒置2h后，在140℃热板上退火30min，获得聚合物太阳电池活性层，所述聚合物太阳电池活性层的厚度为50-300nm。
作为本发明的一个优选的实施例，所述空穴传输层的厚度为1-200nm。
作为本发明的一个优选的实施例，所述电极层的厚度为50-600nm，其方块电阻低于20Ω/Sq。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池，由下而上依次包括：衬底、银纳米线薄膜层、氧化锌薄膜层、氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层、聚合物太阳电池活性层、空穴传输层和电极层。
与现有技术相比，本发明中一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池及其的制备方法，其优点是：1、利用银纳米线和氧化锌纳米柱及其中的银纳米颗粒结构能够实现对光的三次有效散射，提高聚合物太阳电池的光吸收，利用银纳米线的表面等离子体激源效应和对光的宽光谱散射能够实现第一次对光的散射；利用氧化锌纳米柱结构能够实现对光的第二次有效散射，而氧化锌纳米柱中夹杂的银纳米颗粒能够实现对光的第三次散射，银纳米颗粒的等离子体激源效应能够改善透明导电薄膜的电学性能。2、采用多重陷光结构作为聚合物太阳电池的透明导电薄膜及电子传输层，其多重陷光结构替代了ITO薄膜，降低了透明导电薄膜成本。3、采用溶胶方法制备氧化锌薄膜和水热法制备氧化锌纳米柱，原料来源丰富且操作简单，不需要高温，真空等严苛条件，透明导电薄膜具有成本低等优点。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明中的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法在一个实施例中的流程图；
图2为本发明中的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池在一个实施例中的结构示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
请参阅图1，图1为本发明中的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法100在一个实施例中的流程图。如图1所示，所述制造方法100包括如下步骤。
步骤110，提供具有第一表面和与所述第一表面相对应的第二表面的衬底，清洗衬底。
具体的，先用洗涤剂清洗衬底，然后用丙酮、乙醇分别超声清洗，再采用去离子水超声清洗，经干燥后的衬底保存在氮气环境中备用。所述衬底可以采用玻璃、氧化铝等硬质衬底，也可以采用PET等柔性衬底。
步骤120，在所述第一表面上通过旋转涂膜或浸渍提拉镀膜制备银纳米线薄膜层。
在一个实施例中，取1-10mg/ml的银纳米线醇分散液，所述银纳米线的直径为30-200nm，长度为5-200μm，加入0.1-1mg/ml甲基纤维素，经过1-30min超声处理，得到稳定分散的甲基纤维素包覆的银纳米线溶液，将所述衬底放置在旋转涂膜机之上，用旋转涂膜的方法将所述银纳米线溶液涂覆在所述衬底上，经烘干后形成银纳米线薄膜层，所述银纳米线薄膜层的厚度为100-600nm。
步骤130，在所述银纳米线薄膜层上通过溶液法制备氧化锌薄膜层，使所述氧化锌薄膜层包覆所述银纳米线薄膜层。
在一个实施例中，将醋酸锌化合物、乙醇胺和乙醇在40-80℃的温度条件下混合并进行反应，醋酸锌化合物中锌的浓度为0.01-1mol/L，乙醇胺与锌的物质的量比为1：3，陈化24h后形成氧化锌溶胶，用旋转涂膜或浸渍提拉镀膜的方法将所述氧化锌溶胶涂覆于所述银纳米线薄膜层上，待烘干后形成氧化锌薄膜层，所述氧化锌薄膜层的厚度为20-150nm，银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层的方块电阻低于50Ω/Sq。
步骤140，在所述氧化锌薄膜层上通过水热法生长掺杂银纳米颗粒的氧化锌纳米柱，形成氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层。
在一个实施例中，将所述氧化锌薄膜层面朝下，放置于容纳有硝酸锌、硝酸银和六亚甲基次胺溶液的水热釜内，所述硝酸锌与六亚甲基次胺的摩尔比为1：1，所述六亚甲基次胺的浓度为0.1～2mol/L，所述硝酸锌与硝酸银的摩尔比值为0.01％～0.9％，调整硝酸银浓度可改变银纳米颗粒尺寸及数量，将水热釜放入鼓风干燥箱中，在85～100℃的温度条件下加热1-5h，冷却后取出样品，即获得氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层，所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层的厚度为200-5000nm，银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层/氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层的方块电阻低于20Ω/Sq。
步骤150，配置聚噻吩和富勒烯混合溶液，在所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层上旋涂所述聚噻吩和富勒烯混合溶液，形成聚合物太阳电池活性层。
在一个实施例中，聚噻吩为P3HT，富勒烯为PCBM，溶剂为氯苯或二氯苯，所述P3HT与PCBM的重量比为1：0.8，制得聚噻吩和富勒烯混合溶液，所述聚噻吩和富勒烯混合溶液的总浓度为10-40mg每毫升，取100ul聚噻吩和富勒烯溶液，先采用800rpm旋转10s，后采用2000rpm旋转30s，旋涂在所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层上，将所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层面朝下倒置2h后，在140℃热板上退火30min，获得聚合物太阳电池活性层，所述聚合物太阳电池活性层的厚度为50-300nm。所述聚噻吩和富勒烯不限于P3HT:PCBM,也可以是PTB7：PCBM；PCDTBT:PCBM。所述聚噻吩和富勒烯混合溶液可以是氯苯或二氯苯或其他形式的氯苯溶液所构成。
步骤160，在所述聚合物太阳电池活性层上通过旋转涂膜或真空热蒸发法制备空穴传输层。
在一个实施例中，通过旋转涂膜形成PEDOT：PSS空穴传输层，成膜后采用150℃加热20min固化空穴传输层，或通过真空热蒸镀方法获得氧化钼或氧化钨空穴传输层。
在其他实施例中，可以是MoO3WO3纳米颗粒采用热蒸发制备空穴传输层，也可以是PEDOT：PSS溶液旋转涂膜制备空穴传输层，所选择的PEDOT：PSS可以是PEDOT：PSS 4083或PEDOT：PSS PH1000，以及其他型号PEDOT：PSS。所述空穴传输层的厚度为1-200nm。
步骤170，通过丝网印刷、真空蒸镀、真空溅射或电子束热蒸发中的任意一种方法在所述空穴传输层上制备顶电极，即电极层，形成基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池。
在一个实施例中，通过丝网印刷的方法制备顶电极，成膜后采用150℃加热30min固化电极，固化后电极方块电阻在30Ω/Sq以下。
在其他实施例中，所述电极，可以采用金属或非金属材料充当，可采用铝浆料、银浆料或金浆料丝网印刷制备，也可采用真空蒸镀或溅射等真空方法、电子束热蒸发、非金属碳浆料丝网印刷制备电极，完成基于多重陷光结构的聚合物太阳电池制备。
经上述制备方法制得的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的结构如下。
请参阅图2，图2为本发明中的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池在一个实施例中的结构示意图。如图2所示，所述基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池，由下而上依次包括：衬底7、银纳米线薄膜层6、氧化锌薄膜层5、氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层4、聚合物太阳电池活性层4、空穴传输层3和电极层1。
下面结合一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法介绍两个能够充分体现本发明内容的实施例：
实施例1
(1)玻璃衬底清洗及银纳米线薄膜层制备
将玻璃衬底(40mm×40mm×1.1mm)先用洗涤剂清洗，再用丙酮，乙醇分别超声清洗30分钟，然后用去离子水超声清洗30分钟，最后去离子水冲洗干净后，放入干燥箱烘干，将经过上述玻璃衬底放置在旋转涂膜机之上，取浓度为6mg/ml银纳米线溶液，加入0.3mg/ml甲基纤维素，经过1-30分钟超声处理，得到稳定分散的甲基纤维素包覆的银纳米线溶液，取150μl滴于玻璃衬底之上，溶液均匀分布后采用1000rpm/min速度旋转20s，采用160℃烘干10min，即形成玻璃衬底/银纳米线薄膜层，银纳米线薄膜层的厚度为200-300nm。
(2)氧化锌薄膜层制备
将醋酸锌(0.01mol)，乙醇胺(0.0033mol)和乙醇(100ml)在60℃下混合并进行反应，陈化24h后形成氧化锌溶胶(100ml)，氧化锌前驱液的浓度为0.1mol/L。将步骤(1)中制备得到的玻璃衬底/银纳米线薄膜层放置在旋转涂膜机上，将制备的氧化锌溶胶前驱液100ul滴于玻璃衬底/银纳米线薄膜层之上，采用2000rpm/min速度旋转30s，采用200Pa真空120℃范围干燥10min，即形成玻璃衬底/银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层，氧化锌薄膜层厚度为70nm。
(3)制备氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层：
将步骤(2)中制备得到的玻璃衬底/银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层置于特氟龙内衬水热釜，薄膜面朝下，水热釜内放置硝酸锌，硝酸银和六亚甲基次胺溶液，溶剂采用去离子水，其中硝酸锌：六亚甲基次胺(HMT)摩尔比＝1：1，其中六亚甲基次胺浓度为0.1～2mol/L，硝酸锌与硝酸银摩尔比例为0.01％，调整硝酸银浓度可改变银纳米颗粒尺寸及数量，水热釜放入鼓风干燥箱，85℃加热5h，冷却后取出样品，即获得衬底/银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层/氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层，银掺杂氧化锌镁纳米柱的厚度是4500nm。
(4)制备聚合物太阳电池活性层：
制备聚噻吩P3HT和富勒烯PCBM混合溶液，混合溶液溶剂为氯苯，P3HT和PCBM重量比为1：0.8，溶液总浓度为24mg每毫升，将上述薄膜层置于旋转涂膜机之上，取100ul上述溶液，先采用800rpm旋转10s，后采用2000rpm旋转30s，将上述薄膜层的膜面向下倒置2小时后在140摄氏度热板上退火30分钟，获得有机太阳电池活性层。所述聚噻吩和富勒烯不限于P3HT：PCBM,也可以是PTB7：PCBM；PCDTBT：PCBM等其他有机太阳电池材料。
(5)制备空穴传输层：
将上述多层薄膜层置在旋转涂膜机上，取PEDOT：PSS溶液100ul滴于上述薄膜层之上，溶液均匀分布后采用3000rpm/min速度旋转30s，采用150℃烘干30min，即形成空穴传输层。
(6)电极层制备
通过丝网印刷的方法金属银顶电极，取100ul导电银浆料放置于网版之上，样品放置于网版之下，采用刮刀往复刮三次，取走剩余银浆料，即获得银顶电极膜，成膜后采用150摄氏度加热30分钟固化电极，即形成500nm厚电极层。
实施例2
(1)玻璃衬底清洗及银纳米线薄膜层制备
将玻璃基底(30mm×30mm×1.1mm)先用洗涤剂清洗，再用丙酮，乙醇分别超声清洗30分钟，然后用去离子水超声清洗30分钟，最后去离子水冲洗干净后，放入干燥箱烘干，将银纳米线溶液置于烧杯中，采用浸渍提拉镀膜机以200μm/mins的速度提拉银纳米线溶液，等待5分钟银纳米线薄膜干燥后重复提拉五次，采用160℃烘干10min，即形成玻璃衬底/银纳米线薄膜层，银纳米线薄膜层的厚度为400-600nm。
(2)氧化锌薄膜层制备
将醋酸锌(0.01mol)，乙醇胺(0.0033mol)和乙醇(100ml)在60℃下混合并进行反应，陈化24h后形成氧化锌溶胶(100ml)，氧化锌前驱液的浓度为0.1mol/L。将醋酸锌(0.01mol)，乙醇胺(0.0033mol)和乙醇(100ml)在60℃下混合并进行反应，陈化24h后形成氧化锌溶胶(100ml)，氧化锌前驱液的浓度为0.1mol/L。将氧化锌前驱溶液置于烧杯中，步骤(1)中制备得到的玻璃衬底/银纳米线薄膜层放置提拉镀膜机上，以500μm/mins的速度提拉氧化锌前驱溶液，提拉一次后将薄膜采用100Pa真空120℃范围干燥10min，即形成玻璃衬底/银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层，氧化锌薄膜层的厚度为70nm。
(3)制备氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层：
将步骤(2)中制备得到的玻璃衬底/银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层置于特氟龙内衬水热釜，薄膜面朝下，水热釜内放置硝酸锌，硝酸银和六亚甲基次胺溶液，溶剂采用去离子水，其中硝酸锌：六亚甲基次胺(HMT)摩尔比＝1：1，其中六亚甲基次胺浓度为0.1～2mol/L，硝酸锌与硝酸银摩尔比例为0.09％，水热釜放入鼓风干燥箱，95℃加热2h，冷却后取出样品，即获得衬底/银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层/氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层，银掺杂氧化锌镁纳米柱的厚度是1500nm。
(4)制备聚合物太阳电池活性层：
制备聚噻吩PTB7和富勒烯PC70BM混合溶液，混合溶液溶剂为二氯苯，PTB7和PC70BM重量比为1：0.8，溶液总浓度为20mg每毫升，将上述薄膜层置于旋转涂膜机之上，取100ul上述溶液，先采用800rpm旋转10s，后采用2500rpm旋转30s，将上述薄膜层的膜面向下倒置2小时后在140摄氏度热板上退火30分钟，获得有机太阳电池活性层。
(5)制备空穴传输层：
将上述样品放入真空镀膜机，采用真空蒸镀方法制备空穴传输层，真空腔室采用机械泵及分子泵抽气压至10-4Pa下，采用薄膜厚度仪器监测蒸镀氧化钼MoO3厚度5nm。
(6)顶电极制备
采用真空蒸镀方法制备银顶电极，真空腔室采用机械泵及分子泵抽气压至10-4Pa下，采用薄膜厚度仪器监测蒸镀金属银厚度200nm。
所属领域内的普通技术人员应该能够理解的是，本发明的特点或目的之一在于：1)通过简单的非真空方法将银纳米线负载在玻璃之上，采用溶剂方法和水热法在其上制备氧化锌薄膜和银纳米颗粒夹杂氧化锌纳米柱，银纳米颗粒的等离子体激源效应改善透明导电薄膜的电学性能。本方法制备多层薄膜具有原料来源丰富且操作简单，不需要高温，真空等严苛条件，薄膜具有成本低等优点；2)在上述薄膜之上制备聚合物太阳电池，利用上述结构的三重光散射，提高聚合物太阳电池的光吸收能力以提高太阳电池效率。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (6)

1.一种基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供具有第一表面和与所述第一表面相对应的第二表面的衬底，清洗衬底；
在所述第一表面上通过旋转涂膜或浸渍提拉镀膜制备银纳米线薄膜层：取1-10mg/ml的银纳米线醇分散液，所述银纳米线的直径为30-200nm，长度为5-200μm，加入0.1-1mg/ml甲基纤维素，经过1-30min超声处理，得到稳定分散的甲基纤维素包覆的银纳米线溶液，将所述衬底放置在旋转涂膜机之上，用旋转涂膜的方法将所述银纳米线溶液涂覆在所述衬底上，经烘干后形成银纳米线薄膜层，所述银纳米线薄膜层的厚度为100-600nm；
在所述银纳米线薄膜层上通过溶液法制备氧化锌薄膜层，使所述氧化锌薄膜层包覆所述银纳米线薄膜层：将醋酸锌化合物、乙醇胺和乙醇在40-80℃的温度条件下混合并进行反应，陈化24h后形成氧化锌溶胶，用旋转涂膜或浸渍提拉镀膜的方法将所述氧化锌溶胶涂覆于所述银纳米线薄膜层上，待烘干后形成氧化锌薄膜层，所述氧化锌薄膜层的厚度为20-150nm，银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层的方块电阻低于50Ω/Sq；
在所述氧化锌薄膜层上通过水热法生长掺杂银纳米颗粒的氧化锌纳米柱，形成氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层：将所述氧化锌薄膜层面朝下，放置于容纳有硝酸锌、硝酸银和六亚甲基次胺溶液的水热釜内，所述硝酸锌与六亚甲基次胺的摩尔比为1：1，所述六亚甲基次胺的浓度为0.1～2mol/L，所述硝酸锌与硝酸银的摩尔比值为0.01％～0.9％，将水热釜放入鼓风干燥箱中，在85～100℃的温度条件下加热1-5h，冷却后取出样品，即获得氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层，所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层的厚度为200-5000nm，银纳米线薄膜层/氧化锌薄膜层/氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层的方块电阻低于20Ω/Sq；
配置聚噻吩和富勒烯混合溶液，在所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层上旋涂所述聚噻吩和富勒烯混合溶液，形成聚合物太阳电池活性层：聚噻吩为P3HT，富勒烯为PCBM，溶剂为氯苯或二氯苯，所述P3HT与PCBM的重量比为1：0.8，制得聚噻吩和富勒烯混合溶液，所述聚噻吩和富勒烯混合溶液的总浓度为10-40mg每毫升，取100ul聚噻吩和富勒烯溶液，先采用800rpm旋转10s，后采用2000rpm旋转30s，旋涂在所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层上，将所述氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层面朝下倒置2h后，在140℃热板上退火30min，获得聚合物太阳电池活性层，所述聚合物太阳电池活性层的厚度为50-300nm；
在所述聚合物太阳电池活性层上通过旋转涂膜或真空热蒸发法制备空穴传输层；
通过丝网印刷、真空蒸镀、真空溅射或电子束热蒸发中的任意一种方法在所述空穴传输层上制备顶电极，即电极层，形成基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述清洗衬底包括：先用洗涤剂清洗衬底，然后用丙酮、乙醇分别超声清洗，再采用去离子水超声清洗，经干燥后的衬底保存在氮气环境中备用。
3.根据权利要求1所述的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述醋酸锌化合物中锌的浓度为0.01-1mol/L，乙醇胺与锌的物质的量比为1：3。
4.根据权利要求1所述的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述空穴传输层的厚度为1-200nm。
5.根据权利要求1所述的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述电极层的厚度为50-600nm，其方块电阻低于20Ω/Sq。
6.一种由权利要求1-5任意一项权利要求所述方法制得的基于多重陷光结构的聚合物太阳能电池，其特征在于，由下而上依次包括：衬底、银纳米线薄膜层、氧化锌薄膜层、氧化锌纳米柱+银纳米颗粒层、聚合物太阳电池活性层、空穴传输层和电极层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109585641A (zh) * 2018-11-06 2019-04-05 浙江海洋大学 一种基于pet/银纳米线/氧化锌复合薄膜/氧化锌纳阵列的纳米发电机及制备方法
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CN109585642A (zh) * 2018-11-06 2019-04-05 浙江海洋大学 一种基于pet/银纳米线/氧化锌镁/氧化锌镁纳米阵列的纳米发电机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214661A (zh) * 2011-06-10 2011-10-12 东南大学 一种宽光谱吸收的薄膜太阳能电池
CN102403411A (zh) * 2011-12-07 2012-04-04 保定天威集团有限公司 一种柔性薄膜太阳电池金属背电极及其制备方法
CN103474576A (zh) * 2013-09-30 2013-12-25 苏州大学张家港工业技术研究院 一种有机太阳能电池及其制作方法
CN103700446A (zh) * 2013-12-05 2014-04-02 西安交通大学 一种银纳米线-氧化锌复合型透明电极的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214661A (zh) * 2011-06-10 2011-10-12 东南大学 一种宽光谱吸收的薄膜太阳能电池
CN102403411A (zh) * 2011-12-07 2012-04-04 保定天威集团有限公司 一种柔性薄膜太阳电池金属背电极及其制备方法
CN103474576A (zh) * 2013-09-30 2013-12-25 苏州大学张家港工业技术研究院 一种有机太阳能电池及其制作方法
CN103700446A (zh) * 2013-12-05 2014-04-02 西安交通大学 一种银纳米线-氧化锌复合型透明电极的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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掺银氧化锌纳米棒的水热法制备研究;陈先梅;《物理学报》;20130308;正文第056104-1页-056104-7页 *

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