本发明涉及材料,尤其是涉及一种氧化锌纳米颗粒电子传输层及其制备方法、柔性可穿戴电子设备及卷烟滤棒中的固件。
背景技术:
1、在光电技术领域,电子传输层作为关键功能层,其性能直接影响着太阳能电池的能量转换效率和稳定性。当前,电子传输层材料种类繁多,包括金属材料、氧化物半导体材料、无机复合材料以及高分子电介质材料等。其中,氧化物半导体材料因其在可见光区域具有高透射率、对红外光的高反射性以及较低的电阻特性,尤其受到青睐,被认为是构筑优质电子传输层的理想选择。以zno为例,其光学禁带宽度约为3.2ev,对可见光透明度极高,且资源丰富、无毒性、成本低廉,这些优势使得氧化锌在过去十余年中迅速成为电子传输层研究与应用的焦点,尤其是在光电领域展现出广阔的应用潜力。
2、目前,制备氧化锌薄膜的方法多样,涵盖了电子束真空蒸发、磁控溅射、化学气相沉积、溶胶凝胶法以及化学沉淀法等。其中,化学沉淀法因其成本低廉、工艺简便、薄膜成膜均匀性佳、制备温度低以及易于精确掺杂等优势,成为颇具吸引力的制备手段。
3、然而,化学沉淀法制备的氧化锌纳米颗粒(zno-nps)电子传输层薄膜中大量氧空位缺陷的存在不仅限制了有效的电荷传输和收集效率,还可能导致因肖特基接触形成而引发的zno-nps薄膜与光活性层之间能级失配。此外,与溶胶-凝胶法获得的zno薄膜相比,zno-nps的晶粒尺寸更大,可能会增加纳米粒子间的间隙区域,导致薄膜中出现孔洞,这不仅不利于提高电子迁移率,而且可能使活性层更容易受到水和氧气的侵蚀,导致器件的稳定性降低。
4、随着柔性可穿戴电子设备以及物联网的蓬勃发展,人们对具有可低温制备、低成本的高性能电子传输层的需求越来越高,因此急需一种简单高效的氧化锌电子传输层薄膜的制备方法。
技术实现思路
1、有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种氧化锌纳米颗粒电子传输层的制备方法,本发明制备的氧化锌纳米颗粒电子传输层保留了氧化锌纳米颗粒原有的光电特性、降低了其表面缺陷密度、保持高透光率,同时优化了电荷抽取能力。
2、本发明提供了一种氧化锌纳米颗粒电子传输层的制备方法,包括:
3、a)将zno-nps溶液涂覆到基底上,得到zno-nps电子传输层薄膜;
4、b)将氨基酸表面修饰溶液旋涂于zno-nps电子传输层薄膜上,退火,即得。
5、优选的,所述zno-nps溶液的制备方法包括:
6、i)将锌盐和溶剂加热混合得到锌盐溶液;
7、ii)将沉淀剂溶液滴加到锌盐溶液中,加热搅拌,冷却,得到沉淀物;
8、iii)将沉淀物分散至分散液中,得到zno-nps溶液。
9、优选的,步骤i)所述锌盐为醋酸锌、硝酸锌、氯化锌中的一种或多种;溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲氧基乙醇、水中的一种或多种;加热温度为25~100℃。
10、优选的,步骤ii)所述沉淀剂
11、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠中的一种;沉淀剂溶液的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲氧基乙醇、水中的一种或多种;沉淀剂溶液的浓度为0.1~100mg/ml;所述加热搅拌的温度为25℃,时间为30min;所述滴加的速度为10ml/min。
12、优选的,步骤iii)所述分散液为甲醇、乙醇、异丙醇、水、氯仿、氯苯中的一种或多种;
13、所述zno-nps溶液的浓度为0.1~100mg/ml。
14、优选的,步骤a)所述基底选自ito玻璃、晶硅片、石英片、pet、pen或pi。
15、优选的,步骤b)所述氨基酸表面修饰溶液为氨基酸小分子材料溶解于溶剂中;所述氨基酸小分子材料为l-2,4-二氨基丁酸(l-daba)、l-2,5-二氨基戊酸(d-orn)或l-2,6二氨基己酸(lys);所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲氧基乙醇、水、氨水中的一种或多种;所述氨基酸表面修饰溶液的浓度为0.1~10mg/ml。
16、优选的,步骤b)所述退火温度为0~200℃,时间为10~120min。
17、本发明提供了一种氧化锌纳米颗粒电子传输层,包括上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。
18、本发明提供了一种柔性可穿戴电子设备,包括上述技术方案所述的氧化锌纳米颗粒电子传输层。
19、与现有技术相比,本发明提供了一种氧化锌纳米颗粒电子传输层的制备方法,包括:a)将zno-nps溶液涂覆到基底上,得到zno-nps电子传输层薄膜;b)将氨基酸表面修饰溶液旋涂于zno-nps电子传输层薄膜上,退火,即得。本发明上述氨基酸表面修饰zno-nps可以减少zno-nps的表面缺陷,有效地降低电荷复合,提高电荷的传输和收集效率,减少了器件的漏电流以及能够更好地抑制载流子的复合,从而提高有机太阳能电池器件的能量转换效率(pce),提升器件的稳定性。
1.一种氧化锌纳米颗粒电子传输层的制备方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述zno-nps溶液的制备方法包括:
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤i)所述锌盐为醋酸锌、硝酸锌、氯化锌中的一种或多种;溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲氧基乙醇、水中的一种或多种;加热温度为25~100℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤ii)所述沉淀剂氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠中的一种;沉淀剂溶液的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲氧基乙醇、水中的一种或多种;沉淀剂溶液的浓度为0.1~100mg/ml;所述加热搅拌的温度为25℃,时间为30min;所述滴加的速度为10ml/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤iii)所述分散液为甲醇、乙醇、异丙醇、水、氯仿、氯苯中的一种或多种;
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤a)所述基底选自ito玻璃、晶硅片、石英片、pet、pen或pi。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤b)所述氨基酸表面修饰溶液为氨基酸小分子材料溶解于溶剂中;所述氨基酸小分子材料为l-2,4-二氨基丁酸(l-daba)、l-2,5-二氨基戊酸(d-orn)或l-2,6二氨基己酸(lys);所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲氧基乙醇、水、氨水中的一种或多种;所述氨基酸表面修饰溶液的浓度为0.1~10mg/ml。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤b)所述退火温度为0~200℃,时间为10~120min。
9.一种氧化锌纳米颗粒电子传输层,其特征在于,包括权利要求1~8任意一项所述的制备方法制备得到。
10.一种柔性可穿戴电子设备,其特征在于,包括权利要求9所述的氧化锌纳米颗粒电子传输层。