一種納米有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層溶液的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，涉及一種有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層材料的納米溶液制備方法。
【背景技術(shù)】
:
[0002]由于近年來(lái)有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用前景漸漸展現(xiàn)出來(lái)，其輕便，柔性，低成本，可調(diào)控的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為共識(shí)。但隨著技術(shù)的發(fā)展，大量的有機(jī)給體新材料映入眼簾，但有機(jī)太陽(yáng)能電池器件的制作工藝卻沒(méi)有太大的進(jìn)展。目前有機(jī)太陽(yáng)能電池的制作工藝的問(wèn)題在于活性層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混雜著晶體和非晶狀態(tài)的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。正因內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以真正的表征清楚所以難以形成更成熟的工藝。
[0003]溶液法已經(jīng)成為有機(jī)太陽(yáng)能電池的主流工藝，但是有機(jī)材料的溶解度和析出時(shí)的特性使得很多光電性能很好的材料無(wú)法發(fā)揮全部的優(yōu)勢(shì)。改進(jìn)這些局限的方法之一便是用優(yōu)化的溶液，將有機(jī)物合成為納米粒子，形成納米溶液，用均勻的納米粒子形成活性層將有效統(tǒng)一內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在可以控制粒子尺寸的情況下將可以控制活性層中的給受體交界面從而提高激子解離，從而優(yōu)化器件活性層。本發(fā)明的意圖就是制備濃度和尺寸可調(diào)控范圍更大的光電有機(jī)納米溶液，且兼具穩(wěn)定性，從而達(dá)到提升已有的有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于制備穩(wěn)定可控的納米化有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層溶液，從而開(kāi)拓有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備工藝。
[0005]技術(shù)方案:對(duì)于有機(jī)太陽(yáng)能電池活性材料納米溶液的制備，其主要特征是圍繞重沉淀法和微乳液法的結(jié)合，目的在于提高有機(jī)太陽(yáng)能電池活性材料納米溶液的可控范圍和穩(wěn)定性。
[0006](I)、準(zhǔn)備兩個(gè)瓶子分別將給體材料和受體材料溶于良溶劑中攪拌。
[0007](2)、分別在原溶液中加入保護(hù)載體溶劑。
[0008](3)、在攪拌的狀態(tài)下，逐漸地加入不良溶劑，常溫下攪拌。
[0009](4)、分別將兩瓶溶液進(jìn)行高頻超聲。
[0010](5)、將兩種溶液混合攪拌。
[0011]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案的過(guò)程中，要注意以下幾點(diǎn)；
[0012]a、步驟(1)、中所述的良溶劑可選用，氯仿，氯苯，二氯苯，甲苯等。
[0013]b、步驟(2)、中所述的保護(hù)載體溶劑主要選用去離子水，其用量為原溶液體積的1/5-1/10。
[0014]c、步驟⑶、中所述的不良溶劑可選用，甲醇，乙醇，異丙醇，丙酮等，其用量與原溶液的過(guò)飽和程度有關(guān)，隨著過(guò)飽和度的增大粒子的尺寸將增大。
[0015]d、步驟(4)、中超聲時(shí)間與溶液量有關(guān)時(shí)間為0.5-3min/mlo
[0016]e、步驟(5)、中攪拌時(shí)間不低于10個(gè)小時(shí)，不超過(guò)24小時(shí)。【附圖說(shuō)明】:
[0017]圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式中得到的納米溶液在放置一周后的拍攝的Sffl(掃描電子顯微鏡)圖像，以證明粒子尺寸的可控和穩(wěn)定。
[0018]圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式中得到的納米溶液在沒(méi)有任何器件優(yōu)化的情況下的電池器件效率圖，以證明該溶液在應(yīng)用于光電器件上的可實(shí)施性，圖中曲線和坐標(biāo)軸所圍成的面積可以通過(guò)積分計(jì)算得到光電轉(zhuǎn)化效率為1.8%。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，但是應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例1:應(yīng)用本發(fā)明優(yōu)化納米有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層溶液的穩(wěn)定性和可調(diào)控范圍:
[0021](I)、分別將P3HT和PCBM溶于氯仿溶液中，濃度均為(5mg/ml)，體積為0.5ml，在50°C下攪拌10min(攪拌的時(shí)間長(zhǎng)短由濃度的高低而定，配更高濃度的溶液攪拌時(shí)間要加長(zhǎng))O
[0022](2)、關(guān)閉加熱，分別在攪拌的溶液中加入為原溶液體積1/10的去離子水，攪拌10分鐘。
[0023](3)、分別在攪拌的狀態(tài)下，逐漸地加入無(wú)水乙醇，體積為2/5的原溶液體積。常溫下攪拌5小時(shí)。
[0024](4)、分別將兩瓶溶液進(jìn)行高頻超聲(使用的設(shè)備是探頭式的超聲破碎儀)lmin。
[0025](5)、將兩種溶液在室溫下混合攪拌12小時(shí)。
[0026]實(shí)施例2:應(yīng)用本發(fā)明優(yōu)化納米有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層溶液的穩(wěn)定性和可調(diào)控范圍:
[0027](I)、分別將P3HT和PCBM溶于氯苯溶液中，濃度均為(10mg/ml)，體積為0.5ml，在60°C下攪拌30min(攪拌的時(shí)間長(zhǎng)短由濃度的高低而定，配更高濃度的溶液攪拌時(shí)間要加長(zhǎng))O
[0028](2)、關(guān)閉加熱，分別在攪拌的溶液中加入為原溶液體積1/5的去離子水，攪拌20分鐘。
[0029](3)、分別在在攪拌的狀態(tài)下，逐漸地加入無(wú)水甲醇，體積為1/5的原溶液體積。常溫下攪拌10小時(shí)。
[0030](4)、分別將兩瓶溶液進(jìn)行高頻超聲(使用的設(shè)備是探頭式的超聲破碎儀)lmin。[0031 ] (5)、將兩種溶液在室溫下混合攪拌15小時(shí)。
[0032]實(shí)施例3:應(yīng)用本發(fā)明優(yōu)化納米有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層溶液的穩(wěn)定性和可調(diào)控范圍:
[0033](I)、分別將P3HT和PCBM溶于二氯苯溶液中，濃度均為(20mg/ml)，體積為2ml，在80°C下攪拌30min(攪拌的時(shí)間長(zhǎng)短由濃度的高低而定，配更高濃度的溶液攪拌時(shí)間要加長(zhǎng))O
[0034](2)、在80°C下，分別在攪拌的溶液中加入為原溶液體積1/5的去離子水，攪拌20分鐘。
[0035](3)、分別在在攪拌的狀態(tài)下，逐漸地加入異丙醇，體積為1/10的原溶液體積。常溫下攪拌10小時(shí)。
[0036](4)、分別將兩瓶溶液進(jìn)行高頻超聲(使用的設(shè)備是探頭式的超聲破碎儀)2min。
[0037](5)、將兩種溶液在室溫下混合攪拌15小時(shí)。
[0038]實(shí)施例4:應(yīng)用本發(fā)明優(yōu)化納米有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層溶液的穩(wěn)定性和可調(diào)控范圍:
[0039](I)、分別將P3HT和PCBM溶于二氯苯溶液中，濃度均為(15mg/ml)，體積為Iml，在80°C下攪拌30min(攪拌的時(shí)間長(zhǎng)短由濃度的高低而定，配更高濃度的溶液攪拌時(shí)間要加長(zhǎng))O
[0040](2)、在80°C下，分別在攪拌的溶液中加入為原溶液體積1/10的去離子水，攪拌20分鐘。
[0041](3)、分別在在攪拌的狀態(tài)下，逐漸地加入無(wú)水醇，體積為1/5的原溶液體積。常溫下攪拌10小時(shí)。
[0042](4)、分別將兩瓶溶液進(jìn)行高頻超聲(使用的設(shè)備是探頭式的超聲破碎儀)lmin。
[0043](5)、將兩種溶液在室溫下混合攪拌20小時(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層溶液的制備方法，其特征在于對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料有效的納米化進(jìn)而改善有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層的結(jié)構(gòu)，如下步驟: (1)、準(zhǔn)備兩個(gè)瓶子分別將給體材料和受體材料溶于良溶劑中攪拌。 (2)、分別在原溶液中加入保護(hù)載體溶劑。 (3)、在攪拌的狀態(tài)下，逐漸地加入不良溶劑，常溫下攪拌。 (4)、分別將兩瓶溶液進(jìn)行高頻超聲。 (5)、將兩種溶液混合攪拌。2.針對(duì)不同的材料良溶劑，不良溶劑，保護(hù)載體溶劑的選擇依據(jù)，其特征在于:良溶劑對(duì)給受體材料都具有一定的溶解度，不良溶劑的選擇在于能與良溶劑互溶且會(huì)影響良溶劑溶解材料的效果，保護(hù)載體溶劑要與不良溶劑互溶且與良溶劑不溶，在此基礎(chǔ)上綜合選擇溶劑體系。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述方法適用的材料，其特征在于:目前的有機(jī)小分子系，高分子系以及富勒烯系光電材料都適用此套活性層溶液的制備方法。4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述步驟⑵加入保護(hù)載體，其特征在于:比例不超過(guò)步驟⑴中單瓶原溶液體積的1/5，比較理想的比例在1/10-1/5之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述加入不良溶劑，其特征在于:不良溶劑的添加比例與原溶液溶質(zhì)的過(guò)飽和程度有關(guān)，通過(guò)控制過(guò)飽和程度調(diào)整粒子尺寸達(dá)到控制活性層給受體界面的目的。
【專利摘要】有機(jī)納米太陽(yáng)能電池屬于光電材料與器件科技領(lǐng)域，由于有機(jī)太陽(yáng)能材料非常短的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度影響了激子解離效率，所以采用納米技術(shù)控制給受體尺寸從而調(diào)節(jié)給受體界面來(lái)適應(yīng)有機(jī)光電材料的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度，提高激子分離效率。另外納米化的有機(jī)光電材料在成膜后，晶體結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的溶液法更加單一有利于載流子遷移率。但是目前的技術(shù)難點(diǎn)在于有機(jī)納米粒子在沒(méi)有添加劑的情況下穩(wěn)定性堪憂，且溶液均一性較差，而添加劑可能會(huì)影響器件性能且粒徑控制難度較大。本發(fā)明的意圖在于將重沉淀法和微乳液法結(jié)合克服上述矛盾和困難。本發(fā)明使用穩(wěn)定載體溶劑，不良溶劑和良溶劑來(lái)制備均一穩(wěn)定的給、受體納米粒子混合溶液，并提出控制和穩(wěn)定該類型納米粒子尺寸的系統(tǒng)方法。此方法操作簡(jiǎn)便，效果明顯，穩(wěn)定性高，且制作成本非常低廉。
【IPC分類】H01L51/48, H01L51/46
【公開(kāi)號(hào)】CN105185915
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510491357
【發(fā)明人】永井優(yōu), 黃維, 周天東, 程露, 黃郡, 高文娟, 崔棟
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年8月11日