專利名稱：一種利用核殼納米顆粒提高轉(zhuǎn)化效率的有機(jī)太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，特別涉及一種新型有機(jī)太陽電池。
背景技術(shù)：
隨著化石燃料的逐漸耗盡，以及伴隨化石燃料的使用所帶來的溫室效應(yīng)逐漸嚴(yán)重，具環(huán)保價(jià)值的新能源的開發(fā)成為迫不容緩的事。太陽能為一源源不絕與干凈的能源。各國科學(xué)家致力于開發(fā)各種不同材料的太陽能電池以用于生活中的各種電器或電子產(chǎn)品。混合異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池由于所使用的光電轉(zhuǎn)換層的材料多為高分子材料，可使用一些較簡(jiǎn)單的形成方法例如涂布法或噴墨法來制作光電轉(zhuǎn)換層，同時(shí)在任何位置產(chǎn)生的激子，都可以通過很短的路徑到達(dá)給體與受體的界面(即結(jié)面)，從而電荷分離的效率得到了提高， 因此開始獲得學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的重視。有機(jī)太陽能電池雖具有上述的優(yōu)點(diǎn)，但其效率的低下成為其發(fā)展的主要瓶頸。為了進(jìn)一步加強(qiáng)有機(jī)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，需要找到一種有效促進(jìn)光吸收的方法。采用核殼納米顆粒正是利用了表面等離子體效應(yīng)來增強(qiáng)光吸收效率和光電轉(zhuǎn)化效率。表面等離子體(Surface Plasmons，SPs)是指在金屬表面存在的自由振動(dòng)的電子與光子相互作用產(chǎn)生的沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿?。在兩種半無限大、各向同性介質(zhì)構(gòu)成的界面，介質(zhì)的介電常數(shù)是正的實(shí)數(shù)，金屬的介電常數(shù)是實(shí)部為負(fù)的復(fù)數(shù)。根據(jù) maxwell方程，結(jié)合邊界條件和材料的特性，可以計(jì)算得出表面等離子體的場(chǎng)分布和色散特性。表面等離子體是目前納米光電子學(xué)科的一個(gè)重要的研究方向，它受到了包括物理學(xué)家， 化學(xué)家材料學(xué)家，生物學(xué)家等多個(gè)領(lǐng)域人士的極大的關(guān)注。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，表面等離子體被廣泛研究用于光子學(xué)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，顯微鏡，太陽能電池和生物傳感等方面。近年來，關(guān)于利用金屬納米顆粒的表面等離子體效應(yīng)提高太陽能電池效率的研究已被連續(xù)報(bào)道，例如利用銀顆粒的表面等離子體效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)薄膜太陽能電池光吸收效率，在有機(jī)太陽能電池活性層中加入了一層銀納米顆粒，其直徑為30nm左右，太陽光激勵(lì)后會(huì)在銀顆粒表面產(chǎn)生局域表面等離子體效應(yīng)，在活性層中產(chǎn)生耦合波，以實(shí)現(xiàn)光能的吸收。然而該結(jié)構(gòu)具有一定的缺陷，其采用純金屬納米顆粒其表面等離子體效應(yīng)激發(fā)較難，且震蕩峰固定，只能對(duì)特定波段的光具有強(qiáng)吸收效果。針對(duì)這些問題，我們?cè)诒緦＠刑岢隽嗽谟袡C(jī)太陽能電池的不同位置放置多層核殼納米顆粒，利用此種結(jié)構(gòu)體系提高有機(jī)太陽能電池的光吸收效率和光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的有機(jī)太陽電池因光吸收效率不高而導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)化效率較低的問題，本發(fā)明提供了一種利用納米顆粒表面等離子體效應(yīng)的有機(jī)太陽電池，利用核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的局域表面等離子體諧振增強(qiáng)特性，通過調(diào)控其諧振峰來提高有機(jī)太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種利用納米顆粒表面等離子體效應(yīng)的有機(jī)太陽電池，由第一電極、活性層、修飾層和第二電極組成，所述有機(jī)太陽電池中具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒至少包含于活性層與修飾層交界處、活性層內(nèi)部以及活性層與第二電極交界處這三個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)位置。所述具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒包含Au、Ag、Cu、Al中的任意一種或幾種金屬，并同時(shí)包含檸檬酸結(jié)晶物、SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, Nb2O5, Al2O3中的任意一種或幾種。所述核殼結(jié)構(gòu)為金屬-介質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)，其中金屬是指Au、Ag、Cu、Al中的任意一種， 介質(zhì)是指檸檬酸結(jié)晶物、Si02、Ti02、ai0、Sn02、Nb205、Al203中的任意一種。所述的核殼結(jié)構(gòu)， 其核層直徑為5-50nm，殼層厚度為0. 5-lOnm。根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用核殼納米顆粒提高轉(zhuǎn)化效率的有機(jī)太陽電池，其活性層與修飾層交界處、活性層內(nèi)部和活性層與第二電極交界處均包含具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，所述具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒包含于活性層與修飾層的交界處，是指通過旋涂、甩膠或蒸鍍等方法將核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒置于活性層與修飾層之間，且核殼納米顆粒其一部分包含于修飾層內(nèi)，另一部分包含于活性層內(nèi)。所述具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒包含于活性層內(nèi)部，是指核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒與共軛聚合物、PCBM等活性層材料共混，并將混合物作為活性層材料涂于第二電極上后再以PSS: PEODT等修飾層材料覆蓋之。所述具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒包含于活性層與第二電極的交界處，是指通過旋涂、甩膠或蒸鍍等方法將核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒置于活性層與第二電極之間， 且核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于活性層內(nèi)，另一部分包含于第二電極內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明所述的利用核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒表面等離子體效應(yīng)的有機(jī)太陽電池，其位于有機(jī)電池有源層與修飾層界面處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于修飾層，另一部分包含于活性層，由于兩層物質(zhì)折射率不同，在太陽光照射下，可分別在活性層內(nèi)激勵(lì)起不同諧振峰值的局域表面等離子體振蕩，擴(kuò)寬吸收光譜，從而增強(qiáng)電池對(duì)不同波段太陽光的吸收(如圖8)；其位于活性層內(nèi)部的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒在太陽光照射下，可以在活性層內(nèi)激勵(lì)起局域在顆粒表面的表面等離子體振蕩；其位于有機(jī)電池活性層與第二電極界面處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于活性層，另一部分包含于第二電極，在太陽光照射下，可在活性層內(nèi)激勵(lì)起局域表面等離子體振蕩，增強(qiáng)電池對(duì)太陽光的吸收，同時(shí)第二電極表面的核殼結(jié)構(gòu)顆?？梢栽鰪?qiáng)對(duì)入射光的散射，降低入射光的透射與全反射。三個(gè)位置的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒均能提高電池整體光吸收效率，最終達(dá)到提高有機(jī)太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率的目的。2.本發(fā)明所述的利用核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒表面等離子體效應(yīng)的有機(jī)太陽電池，其具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒至少包含于活性層與修飾層交界處、活性層內(nèi)部以及活性層與第二電極交界處這三個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)位置。當(dāng)在上述三個(gè)位置中至少兩處含有核殼納米顆粒時(shí)，除了各自激勵(lì)起局域表面等離子效應(yīng)，其相互之間也將通過模式耦合等方式相互增強(qiáng)，例如在三個(gè)位置均含有核殼納米顆粒時(shí)，修飾層與活性層交界處的納米顆粒將產(chǎn)生多諧振峰的局域表面等離子體效應(yīng)，增強(qiáng)不同波段太陽光吸收，并且通過表面等離子體耦合模式激勵(lì)起活性層內(nèi)和活性層與第二電極交界處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒產(chǎn)生相同的多諧振峰振蕩，這樣可擴(kuò)大多諧振峰等離子體振蕩影響區(qū)域，極大的增強(qiáng)活性層對(duì)不同波段太陽光的吸收。從而增強(qiáng)太陽能電池效率。3.本發(fā)明所述的利用核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒表面等離子體效應(yīng)的有機(jī)太陽電池，其包裹于金屬核外層的介質(zhì)殼結(jié)構(gòu)，可有效減少金屬顆粒對(duì)電子-空穴對(duì)的復(fù)合，降低金屬損耗，并且通過設(shè)計(jì)、制備具有特定參數(shù)的核殼結(jié)構(gòu)，例如調(diào)整介質(zhì)殼層厚度、折射率等參數(shù)， 可以獲得對(duì)不同波長(zhǎng)具有表面等離子體諧振增強(qiáng)特性的納米顆粒，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)既定波長(zhǎng)吸收增強(qiáng)的高效率有機(jī)太陽電池。


圖1為本發(fā)明一個(gè)在修飾層與活性層交界處、活性層內(nèi)部和活性層與第二電極交界處均含有核殼納米顆粒的有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一個(gè)在修飾層與活性層交界處和活性層內(nèi)部均含有核殼納米顆粒的有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明一個(gè)在活性層內(nèi)部和活性層與第二電極交界處均含有核殼納米顆粒的有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明一個(gè)在修飾層與活性層交界處和活性層與第二電極交界處均含有核殼納米顆粒的有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明一個(gè)在修飾層與活性層交界處含有核殼納米顆粒的有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明一個(gè)在活性層與第二電極交界處含有核殼納米顆粒的有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明中核殼納米顆粒結(jié)構(gòu)的剖面8為有機(jī)太陽能電池中不同位置的金納米顆粒對(duì)有機(jī)太陽能電池光吸收效率的影響圖中1 第一電極2 核殼納米顆粒3:透明導(dǎo)電聚合物修飾層4 光敏活性層5:第二電極6:第一種材料7 第二種材料
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖1繪示了本發(fā)明一實(shí)施例所述的有機(jī)太陽能電池的剖面示意圖。在圖1中， 有機(jī)太陽能電池元件主要包含了第一電極1，第一電極1下方的修飾層3和光敏活性層 4，以及第二電極5。上述的光敏活性層層4為有機(jī)施體材料(Organic donor material)與有機(jī)受體材料(Organic acceptor material)所組成的單層結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)施體材料與有機(jī)受體材料得以相互混合或分層的方式形成光敏活性層4。前述的有機(jī)施體材料例如可為聚(3—己烷基咪吩)(p0ly(3-heXylthi0phene))或聚(3—辛烷基味吩) (Poly (3-octylthiophene))，受體材料例如可為碳六十或其衍生物，例如PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)propyl-1-pheny-l [6,6]C61)。上述光敏活性層 4 的形成方法例如可為旋轉(zhuǎn)涂布法或蒸鍍法。圖1中，第一電極1可為陽極電極例如ITO電極，第二電極6可為金屬電極例如鋁或銀電極。第一電極及第二電極的形成方法依材料的選擇而有不同的形成方法，例如蒸鍍法或?yàn)R鍍法。在陽極電極與光敏活性層4之間蒸鍍或涂布一層空穴傳輸層，或稱為修飾層 3,其材料例如可為 PED0T:PSS(Poly(3，4 一 ethylenedioxythihene) :Poly (styrenesulfon ate))0修飾層表面和光敏活性層中的多層核殼納米顆粒種類可選用以貴重金屬為內(nèi)核 (例如金、銀、銅或鋁)，以非金屬氧化物(如檸檬酸結(jié)晶物、Ti02、ai0、或Ai2O3)為外殼的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。圖4為本專利的多層核殼結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，圖中描述的為金屬-介質(zhì)雙層核殼結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)單起見本實(shí)施例中選用以金為內(nèi)核、外層包裹二氧化鈦的金-二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒(AuOTiO2)進(jìn)行說明。制備方法主要分為三步1.制備金溶膠2.制備鈦離子溶液3.將1與2混合反應(yīng)得到Au@Ti02。金納米顆粒制備方法為氯金酸溶液與檸檬酸鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，該實(shí)施例中選用10-4mol/L的氯金酸溶液200mL與4*10-2mol/L的檸檬酸鈉溶液2mL，在恒溫100攝氏度下以500轉(zhuǎn)/分鐘的頻率攪拌，充分反應(yīng)15-20分鐘后保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)下自然冷卻至室溫，即得到金納米顆粒溶膠，其平均直徑約為15-20nm;鈦離子溶液采用三乙醇胺(TEOA)和四異丙基鈦酸酯(TTIP)在氮?dú)鈼l件下反應(yīng)制得，該實(shí)例中TEOA與TTIP摩爾濃度比為2 1 ；將得到的鈦離子溶液和之前的金溶膠混合后并在80 攝氏度下放置M-48小時(shí)，即可得到以金為內(nèi)核、外層包裹二氧化鈦的金-二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒溶膠，其金內(nèi)核約為15-20nm，二氧化鈦層厚度約3-5nm。制備含有Au@Ti02核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒有機(jī)太陽電池，首先需要在石英或玻璃基底表面蒸鍍一層透明導(dǎo)電材料，如氧化銦錫，然后以1000-8000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下以旋涂甩膠的方式將修飾層材料，如PED0T:PSS溶液，旋涂至透明導(dǎo)電材料上并烘烤5-15分鐘， 再以滴定或旋涂的方式在修飾層上滴入上述方法制得得金屬-介質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒溶膠，并用烤箱恒溫80-130攝氏度烘烤5-10分鐘，即可得到包含于修飾層與活性層交界處的金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒結(jié)構(gòu)，修飾層厚度約為20-40nm ；在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，用氯苯等有機(jī)溶劑將Au@Ti02納米顆粒溶膠與光敏活性層材料，如P3HT:PCBM，充分混合溶解，并以 50-500轉(zhuǎn)/分鐘的速度常溫?cái)嚢鐼-48小時(shí)，即可配得含有Au@Ti02的有機(jī)活性層溶液，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以1000-8000轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速旋涂甩膠方式將混合溶液涂在上述制得的修飾層表面后，再用電熱爐烘烤5-15分鐘，即可得到包含于活性層內(nèi)部的Au@Ti02納米顆粒結(jié)構(gòu)，活性層厚度約為70-130nm，厚度與活性層溶液濃度以及甩膠轉(zhuǎn)速有關(guān)；在旋涂好的活性層表面，以滴定的方式滴上金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒溶膠并用電熱爐或烤箱以80-130攝氏度烘烤5-15分鐘，再通過蒸鍍或?yàn)R射的方式在表面已含有核殼納米顆粒的活性層上覆蓋一層厚度約為100-200nm的金屬電極作為第二電極，即可得到包含于活性層和第二電極交界處的金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒結(jié)構(gòu)，至此也完成了含有核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒有機(jī)太陽電池的制備。本專利中提出的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒包含但不限于該實(shí)施例中金-二氧化鈦核殼顆粒，還可以是以Ag或Cu或Al中的任意一種金屬為內(nèi)核，以檸檬酸結(jié)晶物或SiO2或TW2 或ZnO或SnA或Nb2O5或Al2O3中的任意一種為殼層。其制備方法與上述實(shí)施例中核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的制備方法在原理上相同。本實(shí)施例提到的一種包含核殼納米顆粒的有機(jī)太陽能電池，利用位于電池不同位置的金屬-介質(zhì)顆粒局域表面等離子效應(yīng)和散射效應(yīng)的相互作用，有效的增強(qiáng)有機(jī)太陽能電池光吸收效率和光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用核殼納米顆粒提高轉(zhuǎn)化效率的有機(jī)太陽電池，由第一電極、修飾層、活性層和第二電極組成，其特征在于，具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒至少包含于有機(jī)太陽電池活性層與修飾層交界處、活性層內(nèi)部以及活性層與第二電極交界處這三個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽電池，其特征在于，所述的核殼結(jié)構(gòu)為金屬-介質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)，其中金屬是指Au、Ag、Cu、Al中的任意一種，介質(zhì)是指檸檬酸結(jié)晶物、Si02、Ti02、 ZnO, SnO2, Nb2O5^Al2O3 中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽電池，其特征在于，所述的核殼結(jié)構(gòu)，其核層直徑為 5-50nm，殼層厚度為 0. 5_10nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽電池，其特征在于，所述的具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒應(yīng)置于太陽能電池活性層和修飾層的交界處，核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于修飾層，另一部分包含于活性層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽電池，其特征在于，所述的具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒應(yīng)置于活性層和第二電極的交界處，核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于活性層，另一部分包含于第二電極內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽電池，其活性層與修飾層的交界處和活性層內(nèi)部均包含具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，且活性層與修飾層的交界處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于修飾層內(nèi)，另一部分包含于活性層內(nèi)；活性層內(nèi)部的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒與共軛聚合物和PCBM活性層材料共混。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽電池，其活性層內(nèi)部和活性層與第二電極的交界處均包含具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，且活性層內(nèi)部的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒與共軛聚合物和PCBM活性層材料共混；活性層與第二電極的交界處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于活性層內(nèi)，另一部分包含于第二電極內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽電池，其活性層與修飾層交界處和活性層與第二電極交界處均包含具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，且活性層與修飾層的交界處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于修飾層內(nèi)，另一部分包含于活性層內(nèi)；活性層與第二電極的交界處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于活性層內(nèi)，另一部分包含于第二電極內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽電池，其活性層與修飾層交界處、活性層內(nèi)部和活性層與第二電極交界處均包含具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，且活性層與修飾層的交界處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于修飾層內(nèi)，另一部分包含于活性層內(nèi)；活性層內(nèi)部的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒與共軛聚合物和PCBM活性層材料共混；活性層與第二電極的交界處的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒一部分包含于活性層內(nèi)，另一部分包含于第二電極內(nèi)。
10.一種利用金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒提高轉(zhuǎn)化效率的有機(jī)太陽電池的制備方法，其特征在于，該方法包括金屬-介質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的制備以及含有核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒有機(jī)太陽電池的制作，金屬-介質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒制備方法主要分為三步1.制備金屬納米顆粒溶膠2.制備含介質(zhì)元素的離子溶液3.將1與2混合反應(yīng)得到金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒溶液。金屬納米顆粒溶膠制備方法為含有金屬元素溶液作為氧化劑與還原劑溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并在恒溫條件下以固定轉(zhuǎn)速頻率攪拌，充分反應(yīng)后保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)下自然冷卻至室溫，即得到金屬納米顆粒溶膠；含介質(zhì)元素的離子溶液也采用氧化還原反應(yīng)在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下反應(yīng)制得；將得到的含介質(zhì)元素的離子溶液和之前的金屬納米顆粒溶膠混合后并在恒溫條件下放置數(shù)十小時(shí)，即可得到以金屬為內(nèi)核、外層包裹一層介質(zhì)的金屬-介質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒溶膠，其金屬內(nèi)核約為5-50nm，介質(zhì)層厚度約I-IOnm ；制備含有核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒有機(jī)太陽電池，首先需要在石英或玻璃基底表面蒸鍍一層透明導(dǎo)電材料，然后以一定的轉(zhuǎn)速下以旋涂甩膠的方式將修飾層材料，旋涂至透明導(dǎo)電材料表面上并烘干，再以滴定或旋涂的方式在修飾層上滴入上述方法制得得金屬-介質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒溶膠，并用電熱爐或烤箱烘干，即可得到包含于修飾層與后續(xù)形成的活性層交界處的金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒結(jié)構(gòu)；在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，用有機(jī)溶劑將核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒溶膠與光敏活性層材料，充分混合溶解，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以旋涂甩膠方式將混合溶液涂在上述制得的修飾層表面后，用電熱爐烘干，即可得到包含于活性層內(nèi)部的金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒結(jié)構(gòu)；在旋涂好的活性層表面，以滴定的方式滴上金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒溶膠并用電熱爐或烤箱烘干，再通過蒸鍍或?yàn)R射的方式在表面已含有核殼納米顆粒的活性層上覆蓋一層金屬電極作為第二電極，即可得到包含于活性層和第二電極交界處的金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒結(jié)構(gòu)，至此也完成了含有核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒有機(jī)太陽電池的制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用核殼納米顆粒提高轉(zhuǎn)化效率的有機(jī)太陽電池，旨在提供一種利用金屬-核殼納米核殼顆粒的表面等離子體增強(qiáng)效應(yīng)提高轉(zhuǎn)化效率、降低材料成本的新型有機(jī)太陽電池。它包括第一電極、修飾層、活性層和第二電極，其中具有表面等離子體效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒至少包含于活性層與修飾層交界處、活性層內(nèi)部以及活性層與第二電極交界處這三個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)位置。同時(shí)本發(fā)明可以控制、調(diào)諧含有金屬-介質(zhì)核殼納米顆粒的表面等離子體諧振增強(qiáng)特性，從而提高有機(jī)太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號(hào)H01L51/44GK102299261SQ20111028655
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者劉仿, 奧良彰, 曲迪, 許騏, 謝婉露, 遷村訖裕, 青山與一, 黃翊東 申請(qǐng)人:日本羅姆公司, 清華大學(xué)