CN102779943A - 一种高效率的有机无机杂化太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池及其制备方法。高效率的有机—无机杂化太阳能电池包括顺次相连的阴极、活性层、阳极修饰层、阳极、衬底；活性层为共轭聚合物与表面经过短碳链单硫醇修饰的CdSe量子点共混形成的复合膜。本发明将共轭聚合物与CdSe量子点的复合膜置于短碳链单硫醇的溶液中浸泡，使短碳链单硫醇有效置换掉CdSe量子点表面原有的长链配体，促进了CdSe量子点和共轭聚合物之间的光致电荷转移以及电子在量子点之间的传输，从而大幅提升了杂化太阳能电池的能量转换效率。同时，该方法简单易行，适用于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着石油价格的大幅上涨和矿物资源的日益枯竭，太阳能由于其取之不尽、不受地域限制以及清洁安全等优点越来越受到人们的重视。基于光伏效应将太阳能转换为电能的太阳能电池是利用太阳能的主要途径之一。然而，目前商品化的太阳能电池基本上采用硅或无机化合物半导体作为活性层材料，制备工艺复杂、成本高。另一方面，以有机半导体材料作为活性层的太阳能电池虽然具有可溶液加工、可得到大面积柔性器件、成本较低等优点，但同时也存在着载流子迁移率低、光吸收范围窄等缺陷，限制了其能量转换效率的提高。而以有机半导体材料（主要为共轭聚合物）与无机半导体纳米晶体（如ZnO、TiO2、CdS、CdSe和PbS量子点、纳米棒、多臂纳米棒、支化的纳米晶和纳米阵列等）的复合膜为活性层的有机—无机杂化太阳能电池，综合了无机材料的高迁移率和有机材料的可溶液加工性等优势，理论上可以获得高效率、低成本的太阳能电池。
然而，目前有机—无机杂化太阳能电池的光电能量转换效率还比较低，效率较高的杂化太阳能电池能量转换效率大多介于2-3%之间。人们采用了多种办法提高杂化太阳能电池的能量转换效率，比如调节无机纳米晶体的尺寸与形状、对纳米晶体表面进行化学修饰、采用窄带隙共轭聚合物作为活性层中的有机材料、对共轭聚合物进行端基修饰以及优化电池器件结构，等等。在制约杂化太阳能电池器件效率的众多因素中，无机纳米晶体的表面化学结构是一个尤其重要的影响因素。合成得到的无机纳米晶体表面通常存在着大量长链配体，如油酸、三辛基氧化膦（TOPO）和三辛基膦（TOP）等。这些空间位阻大、非电活性的配体会严重阻碍无机纳米晶体和共轭聚合物之间的光致电荷转移以及电子在无机纳米晶体之间的传输，导致电池的激子分离效率和载流子传输效率下降。如果这些长链配体能被短链配体取代，杂化太阳能电池的效率即能获得很大的提高。例如，现在人们大多采用的方法是将合成后的无机纳米晶体用吡啶处理，利用吡啶取代晶体表面的长链配体，以此修饰无机纳米晶体表面。然而，由于吡啶与纳米晶体的结合力较弱，无法完全取代无机晶体表面的长链配体，从而制约杂化太阳能电池能量转换效率的进一步提高。而将合成后的无机纳米晶体用结合力强的短链配体处理，会导致无机纳米晶体在溶剂中的溶解性下降，无法采用溶液加工法制备电池的活性层。
为解决以上问题，最近人们采用了一种后处理的方法来修饰无机纳米晶体表面，即将制备得到的杂化太阳能电池活性层薄膜置于短链配体溶液中浸泡或置于短链配体气氛中进行热处理，从而取代无机纳米晶体表面的长链配体，提高杂化太阳能电池的能量转换效率。例如，美国普渡大学的Wu等人将CdSe纳米棒与P3HT的复合膜置于1,3-苯二硫醇（BDT）气氛中进行热处理以除去纳米棒表面残留的含膦长链配体，从而将杂化电池的能量转换效率从1.56%提高至2.65%（Nano Letters 2010, 10, 1628）。美国佛罗里达大学的Jiangeng Xue课题组则利用了另一种短链配体1,2-乙二硫醇（EDT），并采用液相后处理的方法，得到了能量转换效率为2.4%的活性层为CdSe量子点与P3HT复合膜的杂化太阳能电池（Solar Energy Materials & Solar Cells 2011, 95, 476）。但是，由于采用的这些短链配体带有两个官能团（二硫醇），在杂化太阳能电池中，当配体的其中一个巯基连接于无机纳米晶体表面时，另一个巯基很有可能形成悬挂键，从而成为影响电子传输的缺陷, 制约杂化太阳能电池能量转换效率的提高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池及其制备方法。
高效率的有机—无机杂化太阳能电池包括顺次相连的阴极、活性层、阳极修饰层、阳极、衬底；活性层为共轭聚合物与表面经过短碳链单硫醇修饰的CdSe量子点共混形成的复合膜。
所述的共轭聚合物为P3HT或PCPDTBT，化学结构式分别为：
P3HT PCPDTBT
所述的短碳链单硫醇的化学结构式为CnH2n+1SH，其中n为3~8。
所述的活性层中共轭聚合物与CdSe量子点的重量比为1:9.5~1:6，活性层的厚度为50~100 nm。
所述的衬底为玻璃；所述的阳极为ITO；所述的阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠的复合膜；所述的阴极为铝。
高效率的有机—无机杂化太阳能电池的制备方法为：
1）在玻璃作为衬底的ITO阳极上旋涂制备聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠的复合膜，得到阳极修饰层；
2）在阳极修饰层上旋涂共轭聚合物与CdSe量子点的混合溶液，得到共轭聚合物与CdSe量子点的复合膜，将复合膜浸泡在短碳链单硫醇的乙腈溶液中，然后用乙腈洗涤复合膜。干燥复合膜，得到活性层；
3）在活性层上真空蒸镀铝作为阴极，得到所述的有机—无机杂化太阳能电池。
所述的共轭聚合物与CdSe量子点的混合溶液的溶剂为吡啶与氯仿、甲苯、氯苯、二氯苯和三氯苯的混合溶剂。
所述的短碳链单硫醇的乙腈溶液，短碳链单硫醇的浓度为0.001~1.0 mol/L。
本发明采用的无机纳米晶体表面修饰的方法简单方便，易于操作，只需将杂化太阳能电池活性层薄膜置于短碳链单硫醇溶液中浸泡。由于硫醇对无机纳米晶体的强结合力，该处理方法能有效取代合成后无机纳米晶体表面的长链配体，大幅提升杂化太阳能电池的能量转换效率。同时，由于采用的短链配体为单硫醇，可以有效避免使用双官能团分子所造成的悬挂键限制电子传输的问题，从而进一步提高了杂化太阳能电池的能量转换效率。本发明得到的有机—无机杂化太阳能电池的最高能量转换效率达到3.09%，在目前所有基于同一材料体系无机半导体量子点的有机—无机杂化太阳能电池中效率最高。在我们的实验中，该有机—无机杂化太阳能电池的效率比相同条件下CdSe量子点用吡啶和EDT进行表面修饰的杂化太阳能电池分别高出41.7%和31.5%（数据参见图3、实施例2、参考实施例1和2）。
附图说明
图1 是CdSe量子点的透射电镜照片；
图2是有机—无机杂化太阳能电池的器件结构示意图；
图3 是活性层中P3HT与CdSe量子点的重量比为1：9、活性层厚度为60 nm的有机—无机杂化太阳能电池在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下的电流－电压曲线：量子点经过吡啶表面修饰（黑色曲线）、量子点经过EDT表面修饰（蓝色曲线）和量子点经过正丁硫醇表面修饰（红色曲线）。
具体实施方式
高效率的有机—无机杂化太阳能电池包括顺次相连的阴极1、活性层2、阳极修饰层3、阳极4、衬底5；活性层2为共轭聚合物与表面经过短碳链单硫醇修饰的CdSe量子点共混形成的复合膜。
所述的共轭聚合物为P3HT或PCPDTBT，化学结构式分别为：
P3HT PCPDTBT
所述的短碳链单硫醇的化学结构式为CnH2n+1SH，其中n为3~8。
所述的活性层中共轭聚合物与CdSe量子点的重量比为1:9.5~1:6，活性层的厚度为50~100 nm。
所述的衬底为玻璃；所述的阳极为ITO；所述的阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠的复合膜；所述的阴极为铝。
高效率的有机—无机杂化太阳能电池的制备方法为：
1）在玻璃作为衬底5的ITO阳极4上旋涂制备聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠的复合膜，得到阳极修饰层3；
2）在阳极修饰层上旋涂共轭聚合物与CdSe量子点的混合溶液，得到共轭聚合物与CdSe量子点的复合膜，将复合膜浸泡在短碳链单硫醇的乙腈溶液中，然后用乙腈洗涤复合膜。干燥复合膜，得到活性层2；
3）在活性层上真空蒸镀铝作为阴极1，得到所述的有机—无机杂化太阳能电池。
所述的共轭聚合物与CdSe量子点的混合溶液的溶剂为吡啶与氯仿、甲苯、氯苯、二氯苯和三氯苯的混合溶剂。
所述的短碳链单硫醇的乙腈溶液，短碳链单硫醇的浓度为0.001~1.0 mol/L。
实施例1
利用热注射法合成CdSe量子点。具体合成步骤为：
将75 mg氧化镉、3.0 g三辛基氧化膦（TOPO）以及3.0 ml油酸加入至烧瓶中并在搅拌和氮气气氛下加热至288摄氏度。将80 mg硒粉加入至1.0 ml三辛基膦（TOP）中，超声至澄清。然后将Se-TOP溶液快速注射入氧化镉、TOPO和油酸混合物中。经过5分钟的反应，将反应溶液抽出并转移到5 ml甲苯中终止反应。反应得到的CdSe量子点用甲醇洗涤并离心分离，洗涤和离心过程再重复两次。然后将量子点分散于15 ml吡啶中，并在氮气气氛下搅拌24小时。加入正己烷使量子点沉淀并离心分离，最后用氮气将CdSe量子点吹干保存。依据其紫外可见光吸收光谱中的第一激子吸收峰波长，计算得到CdSe量子点的平均粒径为6.7 nm（Solar Energy Materials & Solar Cells 2011, 95, 476）。
图1给出了CdSe量子点的透射电镜照片，观察到的CdSe量子点粒径与吸收光谱测试结果相符。
实施例2
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线（图3中红色曲线），从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为8.12 mA/cm2，填充因子为0.56，光电能量转换效率为3.09%。
实施例3
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丙硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为7.69 mA/cm2，填充因子为0.56，光电能量转换效率为2.94%。
实施例4
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正己硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为7.51 mA/cm2，填充因子为0.54，光电能量转换效率为2.76%。
实施例5
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正辛硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.70 V，短路电流密度为6.71 mA/cm2，填充因子为0.52，光电能量转换效率为2.42%。
实施例6
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的PCPDTBT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与PCPDTBT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为71 nm的CdSe量子点与PCPDTBT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为7.98 mA/cm2，填充因子为0.45，光电能量转换效率为2.43%。
实施例7
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的PCPDTBT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与PCPDTBT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正辛硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为71 nm的CdSe量子点与PCPDTBT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为5.37 mA/cm2，填充因子为0.49，光电能量转换效率为1.79%。
实施例8
将30 mg CdSe量子点和3.2 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为53 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为7.82 mA/cm2，填充因子为0.54，光电能量转换效率为2.87%。
实施例9
将26.4 mg CdSe量子点和3.8 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为76 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为6.82 mA/cm2，填充因子为0.54，光电能量转换效率为2.50%。
实施例10
将30 mg CdSe量子点和5 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为87 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.64 V，短路电流密度为3.26 mA/cm2，填充因子为0.46，光电能量转换效率为0.96%。
实施例11
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.001 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.62 V，短路电流密度为7.53 mA/cm2，填充因子为0.56，光电能量转换效率为2.54%。
实施例12
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.01 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.62 V，短路电流密度为7.54 mA/cm2，填充因子为0.57，光电能量转换效率为2.59%。
实施例13
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为6.53 mA/cm2，填充因子为0.51，光电能量转换效率为2.28%。
实施例14
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯仿和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为96 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.66 V，短路电流密度为7.88 mA/cm2，填充因子为0.51，光电能量转换效率为2.65%。
实施例15
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml二氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为58 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.66 V，短路电流密度为7.51 mA/cm2，填充因子为0.54，光电能量转换效率为2.68%。
实施例16
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml三氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L正丁硫醇的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为55 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.66 V，短路电流密度为6.28 mA/cm2，填充因子为0.50，光电能量转换效率为2.07%。
参考实施例1
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线（图3中黑色曲线），从中得到开路电压为0.70 V，短路电流密度为6.16 mA/cm2，填充因子为0.51，光电能量转换效率为2.18%。
参考实施例2
将30 mg CdSe量子点和3.3 mg的P3HT溶于1 ml氯苯和吡啶的混合溶剂中配成溶液。
将表面刻蚀有条状ITO（阳极）的透明导电玻璃依次用洗洁精水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠混合物的水溶液，转速为2000 r/min，140 oC干燥15分钟；接着，在其上旋涂CdSe量子点与P3HT的混合溶液，转速为1000 r/min，旋涂时间为60秒，旋涂结束后，将复合膜在0.1 mol/L EDT的乙腈溶液中浸泡，接着用乙腈进行洗涤。洗涤后将复合膜置于压力约为5×10－4 Pa的真空下室温干燥2小时，得到一层厚度为60 nm的CdSe量子点与P3HT的复合膜（活性层）；然后在活性层上真空蒸镀上一层100 nm厚的铝作为阴极，从而得到了一个完整的有机—无机杂化太阳能电池原型器件。器件结构如图2所示。
在光照强度为100 mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线（图3中蓝色曲线），从中得到开路电压为0.68 V，短路电流密度为6.85 mA/cm2，填充因子为0.50，光电能量转换效率为2.35%。
Claims (8)
1.一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池，其特征在于包括顺次相连的阴极1、活性层2、阳极修饰层3、阳极4、衬底5；活性层2为共轭聚合物与表面经过短碳链单硫醇修饰的CdSe量子点共混形成的复合膜。
2.根据权利要求1所述的一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池，其特征在于所述的共轭聚合物为P3HT或PCPDTBT，化学结构式分别为：
P3HT PCPDTBT 。
3.根据权利要求1所述的一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池，其特征在于所述的短碳链单硫醇的化学结构式为CnH2n+1SH，其中n为3~8。
4.根据权利要求1所述的一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池，其特征在于所述的活性层中共轭聚合物与CdSe量子点的重量比为1:9.5~1:6，活性层的厚度为50~100 nm。
5.根据权利要求1所述的一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述的衬底为玻璃；所述的阳极为ITO；所述的阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠的复合膜；所述的阴极为铝。
6.根据权利要求1所述的一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于其制备步骤为：
1）在玻璃作为衬底5的ITO阳极4上旋涂制备聚乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸钠的复合膜，得到阳极修饰层3；
2）在阳极修饰层上旋涂共轭聚合物与CdSe量子点的混合溶液，得到共轭聚合物与CdSe量子点的复合膜，将复合膜浸泡在短碳链单硫醇的乙腈溶液中，然后用乙腈洗涤复合膜，干燥复合膜，得到活性层2；
3）在活性层上真空蒸镀铝作为阴极1，得到所述的有机—无机杂化太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述的共轭聚合物与CdSe量子点的混合溶液的溶剂为吡啶与氯仿、甲苯、氯苯、二氯苯和三氯苯的混合溶剂。
8.根据权利要求6所述的一种高效率的有机—无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述的短碳链单硫醇的乙腈溶液，短碳链单硫醇的浓度为0.001~1.0 mol/L。
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