CN109216552B - 一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法与在太阳能电池的应用 - Google Patents

一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法与在太阳能电池的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于太阳能电池领域，公开了一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法与在太阳能电池的应用。该有机太阳能电池器件包括阴极基底、电子传输层、活性层、空穴传输层以及阳极金属；所述电子传输层由Bi2O2S包覆的ZnO纳米棒而成。本发明的有机太阳能电池，通过在电子传输层中包覆高电导率、较好的吸光性的Bi2O2S；首先，Bi2O2S粉末具有较高的电导率，可以有效的提升有机太阳能电池的电荷传输效率；其次Bi2O2S可以改善ZnO表面的缺陷，减少缺陷对激子的捕获并减少电子空穴对的复合；最后Bi2O2S包覆后的ZnO有较强的可见光吸收范围，能增强电子传输层的吸光性，最终提高有机太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法与在太阳能电池的 应用
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种氧化锌纳米棒的包覆制备及其在有机太阳能电池里的应用。
背景技术
纳米氧化锌由于其原料无毒、制备容易、在物理、化学与生物方面都有良好的表现而受到广泛关注。纳米氧化锌形态各异，有氧化锌纳米球、氧化锌纳米颗粒、氧化锌纳米棒等，而氧化锌纳米棒在太阳能电池中可充当稳定的直接“电子传输通道”，有利于激子的收集。但是氧化锌是一个宽禁带半导体，只能吸收紫外光，且在合成过程中容易产生表面缺陷；因而限制了氧化锌在太阳能电池里的应用。
研究表明提升氧化锌纳米棒在有机太阳能电池中的光电转换效率有两大方向：(1)扩大光吸收范围，通过引入窄禁带的纳米材料，使得总的吸收范围扩大到可见光范围；(2)减少缺陷，通过对缺陷的修饰，减少缺陷对光生载流子的捕获，提升载流子的传输速度、减少电子空穴的复合率。近年来，人们发现两种或者多种的纳米材料组合而成的核壳结构不仅能提升整体性能，甚至能引进新的功能特性。 Wang L.Z.等人构建了TiO2/ZnO核壳结构，Shen W.Z.等人构建了 ZnO/CdS核壳结构，Wang M.T.人构建了MEH-PPV/ZnO核壳结构，均发现了优于纯氧化锌的性能，器件性能明显提升。
传统的太阳能电池为三明治结构，包括阴极基底ITO、电子传输层、活性层、空穴传输层以及阳极金属。光透过ITO电极照到活性层上，活性层吸收光子产生激子；激子扩散到给体/受体界面处实现电荷分离；电子和空穴分别顺着受体与给体向阴极与阳极扩散；电子和空穴在电子传输层和空穴传输层分别被阴极和阳极收集，并由此产生光电流和光电压。
发明内容
本发明提供一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法与在太阳能电池的应用，其电子传输层为包覆后的氧化锌纳米棒。
本发明技术方案如下。
一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法，用高电导率、较好的吸光性的纳米Bi2O2S材料对氧化锌纳米阵列进行表面包覆，形成了全新的ZnO/Bi2O2S复合结构，该复合结构中，ZnO为400-500nm，所用Bi2O2S溶液浓度为0.45-0.55mM。
一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法，包括如下步骤：
(1)将4-5mgZn(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺溶于200-205ml 去离子水构成生长液，将上述生长有ZnO晶种层的ITO在85-95℃条件下在生长液里生长45-55min；取出用去离子水洗去未附着的纳米棒，在烘箱中干燥，此时基底上负载有400-500nm的ZnO纳米棒；
(2)将Bi2O2S粉末研磨并分散在去离子水中形成0.45-0.55mM 的Bi2O2S溶液，将上述混合液超声分散，用0.22μm的有机滤头过滤，并计算所述滤液浓度，之后在干燥好后的ZnO纳米棒上包覆 Bi2O2S溶液30～60s；所述包覆的具体步骤为：首先用移液枪取45-50 μl的Bi2O2S溶液滴加在干燥好的ZnO纳米棒上，使该溶液停留在ZnO 纳米棒上30～60s的时间，之后用去离子水洗净后，放入烘箱干燥；
(3)在电子传输层表面上旋涂活性层溶液，转数为800-1000rpm，时间为35-40s，活性层厚度为200-250nm；所述活性层旋涂完成后放置2～3小时自然晾干，随后以100～150℃退火处理5～10分钟。
一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列应用于太阳能电池。
上述应用中，所述电池包括阴极基底、电子传输层、活性层、空穴传输层以及阳极层；所述电子传输层由Bi2O2S溶液包覆ZnO纳米棒构成。
上述应用中，所述阴极基底选自铟锡氧化物玻璃(ITO)；所述电子传输层中Bi2O2S溶液浓度为0.45-0.55mM，ZnO纳米棒长度为 400-500nm；所述活性层为P3HT:PCBM；所述空穴传输层为MoO3；所述阳极层为银。
上述应用中，所述电池的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一、清洗阴极基底，并对所述阴极基底的阴极层表面进行表面处理；
步骤二、在经过步骤一表面处理过的所述阴极层表面旋涂晶种层；所述晶种层为ZnO颗粒；所述晶种层厚度为5-10nm；
步骤三、在步骤二所述的晶种层表面旋涂电子传输层、活性层；所述电子传输层由Bi2O2S包覆ZnO而成；
步骤四、在步骤三所述的活性层表面依次蒸镀空穴传输层以及阳极金属，制得所述掺杂有机太阳能电池。
上述应用中，步骤一中，所述阴极基底处理包括：首先依次用洗洁精、去离子水、四氯化钛水溶液、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗10-15分钟；此后在80-85℃真空干燥箱中烘干；最后对所述清洗烘干的阴极基底表面进行10-12分钟的等离子表面处理。
上述应用中，步骤二中，所述晶种层为ZnO颗粒：将ZnO溶液旋涂在上述处理过的阴极基底表面上，转数为3500-4000rpm，时间为35-40s；将旋涂完氧化锌的阴极基底进行退火处理，温度为 195-205℃，时间为28-30分钟，ZnO晶种层厚度为5-10nm。
上述应用中，步骤四中，所述空穴传输层为MoO3，其厚度为 5-10nm；所述阳极金属为银，其厚度为85-90nm。
本发明的有机太阳能电池，通过在电子传输层中包覆高电导率、较好的吸光性的Bi2O2S来实现提升器件性能的目的；首先，Bi2O2S 粉末具有较高的电导率，可以有效的提升有机太阳能电池的电荷传输效率；其次Bi2O2S可以改善ZnO表面的缺陷，减少缺陷对激子的捕获并减少电子空穴对的复合；最后Bi2O2S包覆后的ZnO有较强的可见光吸收范围，能增强电子传输层的吸光性，最终提高有机太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明的有机太阳能电池的结构示意图。
图2为有机太阳能电池器件的制备方法流程图。
图3为实施例1的太阳能器件的电流密度与电压关系图。
具体实施方案
本发明提供一种有机太阳能电池，如图1所示其包括阴极基底 01、电子传输层02、活性层03、空穴传输层04以及阳极层05。所述阴极基底01为铟锡氧化物玻璃(ITO)。所述电子传输层02为Bi2O2S 包覆的氧化锌纳米棒(ZnO),其厚度为400-500nm。所述活性层为由P3HT/PCBM共混而成，其中P3HT为聚3-己基噻吩，PCBM为[6， 6]-苯基-C61-丁酸甲酯；所述活性层厚度为200-250nm。所述空穴传输层为所述空穴传输层为MoO3，其厚度为5-10nm。所述阳极层为银，其厚度为85-90nm。
上述电子传输层为包覆后的氧化锌纳米棒的有机太阳能电池的制备工艺如图2所示，包括如下步骤：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、四氯化钛水溶液、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗10-15分钟；此次在80-85℃真空干燥箱中烘干。对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10-12分钟的等离子表面处理，清洗ITO表面残留有机物以及提高其功函数。
步骤2、在经过步骤1处理过的ITO表面旋涂ZnO溶液，转数为3500-4000rpm，时间为35-40s；将旋涂完氧化锌的阴极基底进行退火处理，温度为195-205℃，时间为28-30分钟，ZnO晶种层厚度为5-10nm。
步骤3、在经过步骤2处理过的ZnO晶种层上生长ZnO纳米棒并包覆Bi2O2S，首先将4-5mgZn(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺溶于 200-205ml去离子水构成生长液，将上述生长有ZnO晶种层的ITO在 85-95℃条件下在生长液里生长50-55min。取出用去离子水洗去未附着的纳米棒，在烘箱中干燥，此时基底上负载有400-500nm的ZnO 纳米棒。其次将Bi2O2S粉末研磨并分散在去离子水中形成0.5mM左右的Bi2O2S溶液，将上述混合液超声分散，用0.22μm的有机滤头过滤，并计算所述滤液浓度；之后在干燥好后的ZnO纳米棒上包覆 Bi2O2S溶液30～60s：首先用移液枪取45-50μl的Bi2O2S溶液滴加在干燥好的ZnO纳米棒上，使该溶液停留在ZnO纳米棒上30～60s的时间，之后用去离子水洗净后，放入烘箱干燥。
步骤4、在上述电子传输层表面旋涂活性层溶液；所述活性层为由P3HT/PCBM共混而成，转数为800-1000rpm，时间为35-40s，活性层厚度为200-250nm；所述活性层旋涂完成后放置2～3小时自然晾干，随后以100～150℃退火处理5～10分钟。
步骤5、在上述活性层表面蒸镀空穴传输层MoO3，其厚度为 5-10nm。
步骤6、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极层银(Ag)，其厚度为85-90nm。上述步骤结束后得到电子传输层为包覆后的氧化锌纳米棒的有机太阳能电池。
下面结合附图，对本发明性能较优实施例进一步详细说明。
实施例1
本实施例中的电子传输层为包覆后的氧化锌纳米棒的有机太阳能电池器件结构为：ITO/ZnO:Bi2O2S/P3HT:PCBM/MoO3/Ag。
上诉掺杂有机太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、四氯化钛水溶液、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗10分钟；此次在80℃真空干燥箱中烘干。对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的等离子表面处理，清洗ITO表面残留有机物以及提高其功函数。
步骤2、在经过步骤1处理过的ITO表面旋涂ZnO溶液，转数为3500rpm，时间为40s；将旋涂完氧化锌的阴极基底进行退火处理，温度为200℃，时间为30分钟，ZnO晶种层厚度为5nm。
步骤3、在经过步骤2处理过的ZnO晶种层上生长ZnO纳米棒并包覆Bi2O2S，首先将Zn(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺溶于200ml 去离子水构成生长液，将上述生长有ZnO晶种层的ITO在90℃条件下在生长液里生长50min。取出用去离子水洗去未附着的纳米棒，在烘箱中干燥，此时基底上负载有400-450nm的ZnO纳米棒。其次将 Bi2O2S粉末研磨并分散在去离子水中，将上述混合液超声分散，用 0.22μm的有机滤头过滤，并计算所述滤液浓度；之后在干燥好后的ZnO纳米棒上包覆Bi2O2S溶液30s，去离子水洗净后放入烘箱干燥。
步骤4、在上述电子传输层表面旋涂活性层溶液；所述活性层为由P3HT/PCBM共混而成，转数为1000rpm，时间为40s，活性层厚度为200nm左右；所述活性层旋涂完成后放置2～3小时自然晾干，随后以100～150℃退火处理5～10分钟。
步骤5、在上述活性层表面蒸镀空穴传输层MoO3，其厚度为5nm。
步骤6、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极层银，其厚度为85nm。
上述步骤结束后得到电子传输层为包覆后的氧化锌纳米棒的有机太阳能电池。
图3为实施例1的电子传输层为包覆后的氧化锌纳米棒的有机太阳能电池与比较例中未包覆有机太阳能电池的电流密度与电压关系曲线图；其中曲线1为比较例中未包覆有机太阳能电池(结构为： ITO/ZnO/P3HT:PCBM/MoO3/Ag)的电流密度与电压曲线，曲线2为实施例1的电子传输层为包覆后的氧化锌纳米棒的有机太阳能电池 (结构为：ITO/ZnO：Bi2O2S/P3HT:PCBM/MoO3/Ag)的电流密度与电压曲线；从附图3可以看出比较例中未包覆有机太阳能电池其开路电压(Voc)为0.37V,短路电流密度(Jsc)为5.91mA/cm2；实施例 1的掺杂有机太阳能电池其开路电压(Voc)为0.59V,短路电流密度 (Jsc)为7.98mA/cm2。这说明包覆Bi2O2S以后能有效提高电荷分离和扩宽吸光范围，从而提高短路电流密度；同时改善ZnO表面缺陷，提高器件开路电压。
表1
Figure GDA0002258527730000091
从表1可以发现，实施例1的短路电流密度(Jsc)从5.91mA/cm2提升到7.98mA/cm2，填充因子(FF)从35.66％提升到49.12％，这说明了包覆Bi2O2S以后的有机太阳能电池其吸收光的能力、激子分离效率以及载流子迁移率都有效提升了，从而使太阳能电池光电转换效率从0.78％显著提高到2.35％。
实施例2
本实施例2中的有机太阳能电池器件结构为： ITO/ZnO:Bi2O2S/P3HT:PCBM/MoO3/Ag。
上诉有机太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、四氯化钛水溶液、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗10分钟；此次在80℃真空干燥箱中烘干。对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的等离子表面处理，清洗ITO表面残留有机物以及提高其功函数。
步骤2、在经过步骤1处理过的ITO表面旋涂ZnO溶液，转数为3500rpm，时间为40s；将旋涂完氧化锌的阴极基底进行退火处理，温度为200℃，时间为30分钟，ZnO晶种层厚度为5nm。
步骤3、在经过步骤2处理过的ZnO晶种层上生长ZnO纳米棒并包覆Bi2O2S，首先将Zn(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺溶于200ml 去离子水构成生长液，将上述生长有ZnO晶种层的ITO在90℃条件下在生长液里生长50min。取出用去离子水洗去未附着的纳米棒，在烘箱中干燥，此时基底上负载有400-450nm的ZnO纳米棒。其次将 Bi2O2S粉末研磨并分散在去离子水中，将上述混合液超声分散，用 0.22μm的有机滤头过滤，并计算所述滤液浓度；之后在干燥好后的 ZnO纳米棒上包覆Bi2O2S溶液60s，去离子水洗净后放入烘箱干燥。
步骤4、在上述电子传输层表面旋涂活性层溶液；所述活性层为由P3HT/PCBM共混而成，转数为1000rpm，时间为40s，活性层厚度为200nm左右；所述活性层旋涂完成后放置2～3小时自然晾干，随后以100～150℃退火处理5～10分钟
步骤5、在上述活性层表面蒸镀空穴传输层MoO3，其厚度为5nm。
步骤6、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极层银，其厚度为85nm。
上述步骤结束后得到有机太阳能电池。
实施例3
本实施例3中的掺杂有机太阳能电池器件结构为： ITO/ZnO:Bi2O2S/P3HT:PCBM/MoO3/Ag。
上诉有机太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、四氯化钛水溶液、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗10分钟；此次在80℃真空干燥箱中烘干。对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的等离子表面处理，清洗ITO表面残留有机物以及提高其功函数。
步骤2、对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的等离子表面处理，该处理方法利用微波下生成臭氧的强氧化性来清洗 ITO表面残留有机物等，同时可以使ITO表面氧空位提高，提高ITO 表面的功函数。
步骤3、在经过步骤2处理过的ZnO晶种层上生长ZnO纳米棒并包覆Bi2O2S，首先将Zn(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺溶于200ml 去离子水构成生长液，将上述生长有ZnO晶种层的ITO在90℃条件下在生长液里生长55min。取出用去离子水洗去未附着的纳米棒，在烘箱中干燥，此时基底上负载有450-500nm的ZnO纳米棒。其次将 Bi2O2S粉末研磨并分散在去离子水中，将上述混合液超声分散，用 0.22μm的有机滤头过滤，并计算所述滤液浓度；之后在干燥好后的 ZnO纳米棒上包覆Bi2O2S溶液30s，去离子水洗净后放入烘箱干燥。
步骤4、在上述电子传输层表面旋涂活性层溶液；所述活性层为由P3HT/PCBM共混而成，转数为1000rpm，时间为40s，活性层厚度为200nm左右；所述活性层旋涂完成后放置2～3小时自然晾干，随后以100～150℃退火处理5～10分钟。
步骤5、在上述活性层表面蒸镀空穴传输层MoO3，其厚度为5nm。
步骤6、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极层银，其厚度为85nm。
上述步骤结束后得到有机太阳能电池。
实施例4
本实施例4中的掺杂有机太阳能电池器件结构为：ITO/ZnO:Bi2O2S/P3HT:PCBM/MoO3/Ag。
上诉掺杂有机太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、四氯化钛水溶液、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗10分钟；此次在80℃真空干燥箱中烘干。对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的等离子表面处理，清洗ITO表面残留有机物以及提高其功函数。
步骤2、对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的等离子表面处理，该处理方法利用微波下生成臭氧的强氧化性来清洗 ITO表面残留有机物等，同时可以使ITO表面氧空位提高，提高ITO 表面的功函数。
步骤3、在经过步骤2处理过的ZnO晶种层上生长ZnO纳米棒并包覆Bi2O2S，首先将Zn(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺溶于200ml 去离子水构成生长液，将上述生长有ZnO晶种层的ITO在90℃条件下在生长液里生长55min。取出用去离子水洗去未附着的纳米棒，在烘箱中干燥，此时基底上负载有450-500nm的ZnO纳米棒。其次将 Bi2O2S粉末研磨并分散在去离子水中，将上述混合液超声分散，用 0.22μm的有机滤头过滤，并计算所述滤液浓度；之后在干燥好后的 ZnO纳米棒上包覆Bi2O2S溶液60s，去离子水洗净后放入烘箱干燥。
步骤4、在上述电子传输层表面旋涂活性层溶液；所述活性层为由P3HT/PCBM共混而成，转数为1000rpm，时间为40s，活性层厚度为200nm左右；所述活性层旋涂完成后放置2～3小时自然晾干，随后以100～150℃退火处理5～10分钟。
步骤5、在上述活性层表面蒸镀空穴传输层MoO3，其厚度为5nm。
步骤6、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极层银，其厚度为85nm。
上述步骤结束后得到有机太阳能电池。
以上所述实施例仅代表了本发明的几种实施方式,其描述较为具体详细,但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应指出的是, 对于从事本领域的技术人员来说,在没有脱离本发明构思的前提下, 还可以做出若干变化和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此, 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，用高电导率、较好的吸光性的纳米Bi2O2S材料对氧化锌纳米阵列进行表面包覆，形成了ZnO/Bi2O2S复合结构，该复合结构中，ZnO的厚度为400-500nm，进行表面包覆 Bi2O2S溶液浓度为0.45-0.55mM。
2.权利要求1所述Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将4-5mgZn（NO3）2·6H2O 和六亚甲基四胺溶于200-205ml去离子水构成生长液，将生长有ZnO晶种层的ITO在85-95℃条件下在生长液里生长45-55min；取出用去离子水洗去未附着的纳米棒，在烘箱中干燥，此时基底上负载有厚度400-500nm的ZnO纳米棒；
（2）将Bi2O2S粉末研磨并分散在去离子水中形成0.45-0.55mM的Bi2O2S溶液，将上述混合液超声分散，用0.22μm的有机滤头过滤，并计算所述滤液浓度，之后在干燥好后的ZnO纳米棒上包覆Bi2O2S溶液30~60s；所述包覆的具体步骤为：首先用移液枪取45-50 μl的Bi2O2S溶液滴加在干燥好的ZnO纳米棒上，使该溶液停留在ZnO纳米棒上30~60s的时间，之后用去离子水洗净后，放入烘箱干燥；
（3）在电子传输层表面上旋涂活性层溶液，转数为800-1000rpm，时间为35-40s，活性层厚度为200-250nm；所述活性层旋涂完成后放置2~3小时自然晾干，随后以100~150℃退火处理5~10分钟。
3.权利要求1所述制备方法制备得到的Bi2O2S包覆的纳米棒阵列应用于有机太阳能电池中的电子传输层。
4.根据权利要求3所述Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的应用，其特征在于，所述电池包括阴极基底、电子传输层、活性层、空穴传输层以及阳极层；所述电子传输层由Bi2O2S溶液包覆ZnO纳米棒构成。
5.根据权利要求4所述Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的应用，其特征在于，所述阴极基底选自铟锡氧化物玻璃（ITO）；所述电子传输层中Bi2O2S溶液浓度为0.45-0.55mM，ZnO纳米棒长度为400-500nm；所述活性层为P3HT:PCBM；所述空穴传输层为MoO3；所述阳极层为银。
6.根据权利要求4所述Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的应用，其特征在于，所述电池的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一、清洗阴极基底，并对所述阴极基底的阴极层表面进行表面处理；
步骤二、在经过步骤一表面处理过的所述阴极层表面旋涂晶种层；所述晶种层为ZnO颗粒；所述晶种层厚度为5-10nm；
步骤三、在步骤二所述的晶种层表面旋涂电子传输层、活性层；所述电子传输层由Bi2O2S包覆ZnO而成；
步骤四、在步骤三所述的活性层表面依次蒸镀空穴传输层以及阳极金属，制得所述掺杂有机太阳能电池。
7.根据权利要求6所述Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的应用，其特征在于，步骤一中，所述阴极基底处理包括：首先依次用洗洁精、去离子水、四氯化钛水溶液、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗10-15分钟；此后在80-85℃真空干燥箱中烘干；最后对所述清洗烘干的阴极基底表面进行10-12分钟的等离子表面处理。
8.根据权利要求6所述Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的应用，其特征在于，步骤二中，所述晶种层为ZnO颗粒：将ZnO溶液旋涂在上述处理过的阴极基底表面上，转数为3500-4000rpm，时间为35-40s；将旋涂完氧化锌的阴极基底进行退火处理，温度为195-205℃，时间为28-30分钟，ZnO晶种层厚度为5-10nm。
9.根据权利要求6所述Bi2O2S包覆的纳米棒阵列的应用，其特征在于，步骤四中，所述空穴传输层为MoO3，其厚度为5-10nm；所述阳极金属为银，其厚度为85-90nm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110194481B (zh) * 2019-05-24 2021-09-21 华南理工大学 一种Bi2OS2沉积的波纹状ZnO纳米棒阵列及制备与应用
CN110350089B (zh) * 2019-06-18 2020-09-22 华南理工大学 Bi2O2S修饰SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN110350090B (zh) * 2019-06-24 2020-09-22 华南理工大学 Bi2O2Se界面修饰的钙钛矿太阳能电池及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102867916A (zh) * 2012-09-21 2013-01-09 清华大学 一种聚合物太阳能电池及其制备方法
CN105514281A (zh) * 2016-02-02 2016-04-20 吉林大学 一种对聚合物太阳能电池无机纳米柱阵列电子传输层进行后处理方法
CN108097277A (zh) * 2017-12-20 2018-06-01 桂林电子科技大学 一种BiOCl/ZnO异质结高可见光催化活性材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102867916A (zh) * 2012-09-21 2013-01-09 清华大学 一种聚合物太阳能电池及其制备方法
CN105514281A (zh) * 2016-02-02 2016-04-20 吉林大学 一种对聚合物太阳能电池无机纳米柱阵列电子传输层进行后处理方法
CN108097277A (zh) * 2017-12-20 2018-06-01 桂林电子科技大学 一种BiOCl/ZnO异质结高可见光催化活性材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Air-stable inverted ZnO nanorod arrays/polymer hybrid solar cell";Zhaolin Yuan et al.;《Synthetic Metals》;20131109;第185-186卷;133-136 *
"Improved charge transport in inverted polymer solar cells using surface engineered ZnO-nanorod array as an electron transport layer";Yun-Ming Sung et al.;《Solar Energy Materials & Solar Cells》;20140329;第125卷;239-247 *

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