2是直径为lOOnm的锗纳米颗粒的透射电镜照片。
[0014]图3是直径为40nm的锗纳米颗粒分散于1，2_ 二氯苯中形成的胶体溶液。
[0015]图4是锗纳米颗粒和PC7(]BM分子形成的给-受体“核-壳”结构示意图。
[0016]图5是具有纳米颗粒密堆积结构的有机太阳电池活性层中锗纳米颗粒的密堆积方式以及电子和空穴的传输路径示意图。
[0017]图6是具有纳米颗粒密堆积结构的倒结构有机太阳电池的示意图。
[0018]图7是具有纳米颗粒密堆积结构的正结构有机太阳电池的示意图。
[0019]图8是具有纳米颗粒密堆积结构的倒结构有机太阳电池的能级排列以及电子和空穴的传输机制示意图。
[0020]图9是具有纳米颗粒密堆积结构的正结构有机太阳电池的能级排列以及电子和空穴的传输机制示意图。
[0021]【【具体实施方式】】
实施例一:
具有纳米颗粒密堆积结构的倒结构有机太阳电池的制备，具体过程如下:
1.ΙΤ0玻璃依次经电子清洗液/去离子水/酒精/丙酮/异丙醇超声清洗，氮气吹干。
[0022]2.在ΙΤ0玻璃上旋涂一层厚度为30nm的氧化锌(ZnO)电子传输层，并进行200°C退火一小时处理。
[0023]3.采用平板电容耦合PECVD技术，在低温条件下制备直径40_100nm的、表面氢键钝化的、球形锗纳米颗粒。
[0024]4.锗纳米颗粒分散于1，2- 二氯苯中，形成浓度为5mg/mL的胶体溶液；将PC7QBM溶解于胶体溶液中，90°C加热搅拌12小时，形成稳定的活性层溶液。
[0025]5.在经退火处理的氧化锌薄膜上旋涂一层厚度为120_200nm的活性层，溶剂退火20分钟。
[0026]6.采用热蒸镀法在活性层之上依次沉积氧化钼(Mo03)空穴传输层和银(Ag)电极，至此电池制备完成。
[0027]该实施例制备的电池，外量子效率的响应截止波长为800nm，与给体材料锗纳米颗粒的带隙(1.55eV)相对应，电池的能量转化效率超过3%。
[0028]实施例二:
具有纳米颗粒密堆积结构的正结构有机太阳电池的制备，具体过程如下:
1.ΙΤ0玻璃依次经电子清洗液/去离子水/酒精/丙酮/异丙醇超声清洗，氮气吹干。
[0029]2.在ΙΤ0玻璃上旋涂一层厚度为40nm的聚(3，4_已烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)空穴传输层，并进行100°C退火10分钟处理。
[0030]3.采用平板电容耦合PECVD技术，在低温条件下制备直径40_100nm的、表面氢键钝化的、球形锗纳米颗粒。
[0031]4.锗纳米颗粒分散于1，2- 二氯苯中，形成浓度为5mg/mL的胶体溶液；将PC7QBM溶解于胶体溶液中，90°C加热搅拌12小时，形成稳定的活性层溶液。
[0032]5.在经退火处理的聚(3，4-已烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)薄膜上旋涂一层厚度为120-200nm的活性层，溶剂退火20分钟。
[0033]6.采用热蒸镀法在活性层之上依次沉积钙(Ca)电子传输层和铝(A1)电极，至此电池制备完成。
[0034]该实施例制备的电池，外量子效率的响应截止波长同样为800nm，与给体材料锗纳米颗粒的带隙(1.55eV)相对应，电池的能量转化效率亦可超过3%。
【主权项】
1.一种具有纳米颗粒密堆积结构的有机太阳电池，其特征如下: (1)活性层由非晶态的、表面氢键钝化的、PC70BM小分子包覆的、直径40-100nm的、球形的锗纳米颗粒密堆积排列而成； (2)以非晶态的、表面氢键钝化的、大小40-100nm的、球形的锗纳米颗粒作为给体，富勒烯衍生物PC7(]BM作为受体，给-受体形成“核-壳”结构。2.根据权利要求1所述的一种具有纳米颗粒密堆积结构的有机太阳电池，其特点在于:锗纳米颗粒采用平板电容耦合等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备而成。3.根据权利要求1所述的一种具有纳米颗粒密堆积结构的有机太阳电池，其特点在于:锗纳米颗粒分散于1，2- 二氯苯中形成的胶体溶液作为溶解富勒烯衍生物PCtoBM的溶剂。4.根据权利要求1所述的一种具有纳米颗粒密堆积结构的有机太阳电池，其特点在于:当电池为倒结构时，电池在玻璃衬底上的制备顺序为:第一层为氧化铟锡(ITO)透明导电层，第二层为氧化锌(ZnO)电子传输层，第三层为“核-壳”结构的锗纳米颗粒_PC7QBM密堆积活性层，第四层为氧化钼(Mo03)空穴传输层，第五层为银(Ag)电极；当电池为正结构时，电池在玻璃衬底上的制备顺序为:第一层为氧化铟锡(IT0)透明导电层，第二层为聚(3，4-已烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)空穴传输层，第三层为“核-壳”结构的锗纳米颗粒-PC7(]BM密堆积活性层，第四层为钙(Ca)电子传输层，第五层为铝(A1)电极。
【专利摘要】一种具有纳米颗粒密堆积结构的有机太阳电池，以非晶态的锗纳米颗粒作为给体，富勒烯衍生物PC70BM作为受体，给-受体形成“核-壳”结构。锗纳米颗粒采用低成本的平板电容耦合等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备而成，紧密堆积于电池的活性层中。本发明的优点在于：宽光谱吸收、高吸收系数、高载流子迁移率的锗纳米颗粒取代传统的聚合物，为有机电池的制备提供一种新的给体材料。
【IPC分类】H01L51/46, H01L51/48, B82Y30/00, H01L51/42
【公开号】CN105428538
【申请号】CN201510945020
【发明人】倪牮, 李昶, 张建军, 孙小香, 蔡宏琨, 张德贤, 李娟 , 王欣宇, 李正龙
【申请人】南开大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月17日