无机掺杂有机聚合物材料及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无机掺杂有机聚合物材料及其制备方法和应用，组分及各组分质量份数如下：p型有机聚合物PEDOT:PSS40~60份，甲基丙烯酸甲酯10~20份，聚乙烯咔唑5~15份，CdSe6~18份，磷钼酸2~8份，氧化锌1~4份，过渡金属氧化物0.08~0.56份，氟化锂1~3份，SiAlON0.01~0.06份，碳酸铯0.2~0.8份，引发剂3~6份，丙酮10~18份。无机物作为光活性层中的电子受体和电极的界面层，掺杂无机物后，可以提高有机材料的载流子迁移率，明显地提高载流子的传输和分离速率，应用在太阳能电池上，可以有效提高有机聚合物太阳能电池的光电转换效率。
【专利说明】无机掺杂有机聚合物材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池材料【技术领域】，具体涉及一种无机掺杂有机聚合物材料及 其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 为了缓解人类生存和世界发展进程中所需要的大量能源的严峻状况，近些年来世 界各国的科学家和政府都将目光和重点转向了开发可再生能源和新型能源上，例如风能、 水能、太阳能等都受到了极大地关注。太阳能作为一种新能源，与常用的能源如化石燃料 (煤炭、石油、天然气）以及核燃料相比有下列几个特点：1、太阳能具有极大地广泛性，太阳 能辐射无处不在，随时随地都可以对太阳能进行利用，太阳的寿命长久，对于人类来说太阳 能可谓无穷尽，因此太阳能的这种特性对于交通不便以及偏远和偏僻的地区就会更突出它 的优越性。2、太阳能是一种清洁性能源，我们现实生活中所用的化石能源在燃烧时会释放 出大量的不同种类气体，核燃料工作时要排出放射性废料，化石能源的燃烧都会使环境遭 受到污染。因此人类如果直接利用太阳能进行发电，就可以很大程度上减小在使用化石能 源上所产生的环境污染。3、太阳能具有一定的分散性，太阳的辐照虽然遍及全球，但平均到 每单位面积上进行计算的时候，其入射功率非常之小，如果要想得到较大的功率，就必须增 大受光面积，使之可以达到得到充足能量的面积。4、太阳能具有一定的间歇性，太阳与地球 的高度角时时刻刻都在不停歇的变化，而且这种高度角的变化程度与地面的纬度也是有一 定关联的。因为太阳能取之不尽用之不竭，分布广，无污染，使用长久，能量巨大等多方面特 点尤其受到瞩目，太阳能电池是作为直接把太阳能转化为电能而供人类使用的器件，成为 了世界各国和各个大学研究的重点和热点内容。
[0003] 关于太阳能光电研究和应用取得了许多重大进展，最初主要集中于单晶材料为 主的无机太阳能电池。在随后的发展中多晶材料、带状多晶硅材料、丝网印刷等技术的出现 都大大推动了太阳能光电技术的研究和进展。随着光伏技术的发展和人们的重视，太阳能 电池具有诸如寿命长、无污染、无噪声等优点。然而无机太阳能电池具有成本高、缺陷多、生 产工艺繁琐等因素，不适合大面积生产。而有机半导体材料很好的克服了这些缺陷，具有 可溶液生产，活性层聚合物的结构可通过合成来调控，生产工艺相对简单，无污染，轻便 易携，可实现柔性、大面积生产等优势，大大拓宽了太阳能电池的研究范围，成为太阳能 电池材料研究的新方向。由于受到电导率的限制有机太阳能电池活性层的厚度只能有几百 纳米，但是有机半导体对光的吸收系数非常高，使得这层薄薄的活性层能够吸收足够的光 从而表现出了明显的光伏特性。引入光栅、叠层电池、多界面等光利用技术能进一步提高光 在有机太阳能电池中的的吸收和利用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种无机掺杂有机聚合物材料及其制备方法和应用，无机掺 杂有机聚合物材料融合了有机物低成本和无机物高效率的优势，无机物作为光活性层中的 电子受体和电极的界面层，掺杂无机物后，可以提高有机材料的载流子迁移率，明显地提高 载流子的传输和分离速率，应用在太阳能电池上，可以有效提高有机聚合物太阳能电池的 光电转换效率。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为： 一种无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：P型有机聚合物 PED0T:PSS 40?60份，甲基丙烯酸甲酯1(Γ20份，聚乙烯咔唑5?15份，CdSe6?18份，磷钥酸 2?8份，氧化锌1?4份，过渡金属氧化物0. 08?0. 56份，氟化锂1?3份，SiAlON 0. 01?0. 06 份，碳酸铯0. 2?0. 8份，引发剂:Γ6份，丙酮1(Γ18份。
[0006] 所述过渡金属氧化物为NiO或者V205。
[0007] 所述引发剂为偶氮二异丁氰。
[0008] 无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：p型有机聚合物 PED0T:PSS 45?55份，甲基丙烯酸甲酯14?18份，聚乙烯咔唑8?12份，CdSe 1(Γ15份，磷 钥酸4飞份，氧化锌2?3份，过渡金属氧化物0. 18?0. 36份，氟化锂1. 5?2. 6份，SiAlON 0. 03?0. 05份，碳酸铯0. 4?0. 7份，引发剂4飞份，丙酮12?16份。
[0009] 无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：ρ型有机聚合物 PED0T:PSS 50份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 13份，磷钥酸5份，氧 化锌2. 5份，过渡金属氧化物0. 22份，氟化锂2份，SiAlON 0. 04份，碳酸铯0. 55份，引发 剂4. 5份，丙酮14份。
[0010] 无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：P型有机聚合物 PED0T:PSS 48份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 12份，磷钥酸4. 8份， 氧化锌2份，过渡金属氧化物0. 33份，氟化锂1. 9份，SiAlON 0. 032份，碳酸铯0. 48份， 引发剂4. 5份，丙酮16份。
[0011] 所述无机掺杂有机聚合物材料的制备方法，包括如下步骤： 1) 将P型有机聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引发剂加入到丙酮 中，混合均匀，搅拌，得有机物料； 2) 将CdSe、磷钥酸、氧化锌、过渡金属氧化物、氟化锂、SiAlON和碳酸铯混合均匀，研磨 至物料细度在20(Γ400目，得无机物料； 3) 将步骤2)得到的无机物料添加到步骤1)得到的有机物料中，加热至9(T150°C，高 速搅拌，搅拌速度为100(Tl800rpm，搅拌2(T40min，降温至30°C，得到无机掺杂有机聚合物 材料。
[0012] 步骤2)中研磨至物料细度在400目。
[0013] 步骤3)中搅拌速度为1600rpm，搅拌30min。
[0014] 所述无机掺杂有机聚合物材料在太阳能电池中的应用。
[0015] 有益效果：本发明提供的一种无机掺杂有机聚合物材料及其制备方法和应用，无 机掺杂有机聚合物材料融合了有机物低成本和无机物高效率的优势，无机物作为光活性层 中的电子受体和电极的界面层，掺杂无机物后，可以提高有机材料的载流子迁移率，明显地 提高载流子的传输和分离速率，应用在太阳能电池上，可以有效提高有机聚合物太阳能电 池的光电转换效率。
【具体实施方式】
[0016] 实施例1 一种无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：P型有机聚合物 PED0T:PSS 40份，甲基丙烯酸甲酯10份，聚乙烯咔唑5份，CdSe6份，磷钥酸2份，氧化锌 1份，过渡金属氧化物NiO 0. 08份，氟化锂1份，SiAlON 0. 01份，碳酸铯0. 2份，引发剂偶 氮二异丁氰3份，丙酮10份。
[0017] 制备方法，包括如下步骤： 1) 将P型有机聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引发剂加入到丙酮 中，混合均匀，搅拌，得有机物料； 2) 将CdSe、磷钥酸、氧化锌、过渡金属氧化物、氟化锂、SiAlON和碳酸铯混合均匀，研磨 至物料细度在400目，得无机物料； 3) 将步骤2)得到的无机物料添加到步骤1)得到的有机物料中，加热至120°C，高速搅 拌，搅拌速度为1600rpm，搅拌30min，降温至30°C，得到无机掺杂有机聚合物材料。
[0018] 实施例2 一种无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：P型有机聚合物 PED0T:PSS 60份，甲基丙烯酸甲酯20份，聚乙烯咔唑15份，CdSe 18份，磷钥酸8份，氧 化锌4份，过渡金属氧化物NiO 0.56份，氟化锂3份，SiAlON 0.06份，碳酸铯0.8份，引发 剂偶氮二异丁氰6份，丙酮18份。
[0019] 制备方法，包括如下步骤： 1) 将P型有机聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引发剂加入到丙酮 中，混合均匀，搅拌，得有机物料； 2) 将CdSe、磷钥酸、氧化锌、过渡金属氧化物、氟化锂、SiAlON和碳酸铯混合均匀，研磨 至物料细度在400目，得无机物料； 3) 将步骤2)得到的无机物料添加到步骤1)得到的有机物料中，加热至120°C，高速搅 拌，搅拌速度为1600rpm，搅拌30min，降温至30°C，得到无机掺杂有机聚合物材料。
[0020] 实施例3 无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：P型有机聚合物PED0T:PSS 45份，甲基丙烯酸甲酯14份，聚乙烯咔唑8份，CdSe 10份，磷钥酸4份，氧化锌2份，过 渡金属氧化物V2O5 0. 18份，氟化锂1. 5份，SiAlON 0. 03份，碳酸铯0. 4份，引发剂偶氮二 异丁氰4份，丙酮12份。
[0021] 制备方法，包括如下步骤： 1) 将P型有机聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引发剂加入到丙酮 中，混合均匀，搅拌，得有机物料； 2) 将CdSe、磷钥酸、氧化锌、过渡金属氧化物、氟化锂、SiAlON和碳酸铯混合均匀，研磨 至物料细度在400目，得无机物料； 3) 将步骤2)得到的无机物料添加到步骤1)得到的有机物料中，加热至120°C，高速搅 拌，搅拌速度为1600rpm，搅拌30min，降温至30°C，得到无机掺杂有机聚合物材料。
[0022] 实施例4 无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：P型有机聚合物PED0T:PSS 55份，甲基丙烯酸甲酯18份，聚乙烯咔唑12份，CdSe 15份，磷钥酸6份，氧化锌3份，过 渡金属氧化物V2O5 0. 36份，氟化锂2. 6份，SiAlON 0. 05份，碳酸铯0. 7份，引发剂偶氮二 异丁氰5份，丙酮16份。
[0023] 制备方法，包括如下步骤： 1) 将P型有机聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引发剂加入到丙酮 中，混合均匀，搅拌，得有机物料； 2) 将CdSe、磷钥酸、氧化锌、过渡金属氧化物、氟化锂、SiAlON和碳酸铯混合均匀，研磨 至物料细度在400目，得无机物料； 3) 将步骤2)得到的无机物料添加到步骤1)得到的有机物料中，加热至120°C，高速搅 拌，搅拌速度为1600rpm，搅拌30min，降温至30°C，得到无机掺杂有机聚合物材料。
[0024] 实施例5 无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：P型有机聚合物PED0T:PSS 50份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 13份，磷钥酸5份，氧化锌2. 5份， 过渡金属氧化物NiO 0.22份，氟化锂2份，SiAlON 0.04份，碳酸铯0.55份，引发剂偶氮二 异丁氰4. 5份，丙酮14份。
[0025] 制备方法，包括如下步骤： 1) 将P型有机聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引发剂加入到丙酮 中，混合均匀，搅拌，得有机物料； 2) 将CdSe、磷钥酸、氧化锌、过渡金属氧化物、氟化锂、SiAlON和碳酸铯混合均匀，研磨 至物料细度在400目，得无机物料； 3) 将步骤2)得到的无机物料添加到步骤1)得到的有机物料中，加热至120°C，高速搅 拌，搅拌速度为1600rpm，搅拌30min，降温至30°C，得到无机掺杂有机聚合物材料。
[0026] 实施例6 无机掺杂有机聚合物材料，组分及各组分质量份数如下：P型有机聚合物PED0T:PSS 48份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 12份，磷钥酸4. 8份，氧化锌2份， 过渡金属氧化物V2O5 0. 33份，氟化锂1. 9份，SiAlON 0. 032份，碳酸铯0. 48份，引发剂偶 氮二异丁氰4. 5份，丙酮16份。
[0027] 制备方法，包括如下步骤： 1) 将P型有机聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引发剂加入到丙酮 中，混合均匀，搅拌，得有机物料； 2) 将CdSe、磷钥酸、氧化锌、过渡金属氧化物、氟化锂、SiAlON和碳酸铯混合均匀，研磨 至物料细度在400目，得无机物料； 3) 将步骤2)得到的无机物料添加到步骤1)得到的有机物料中，加热至120°C，高速搅 拌，搅拌速度为1600rpm，搅拌30min，降温至30°C，得到无机掺杂有机聚合物材料。
[0028] 对实施例Γ6得到的无机掺杂有机聚合物材料进行导电性能以及应用在太阳能 电池中的光电转换效率测试，结果见表1。
[0029] 表 1 :
【权利要求】
1. 一种无机掺杂有机聚合物材料，其特征在于组分及各组分质量份数如下：p型有机 聚合物PEDOT:PSS 40?60份，甲基丙烯酸甲酯10?20份，聚乙烯咔唑5?15份，CdSe6?18 份，磷钥酸2~8份,氧化锌1~4份，过渡金属氧化物0. 08~0. 56份,氟化锂1~3份，SiAlON 0. 01?0. 06份，碳酸铯0. 2?0. 8份，引发剂:T6份，丙酮10?18份。
2. 根据权利要求1所述无机掺杂有机聚合物材料，其特征在于：所述过渡金属氧化物 为NiO或者V205。
3. 根据权利要求1所述无机掺杂有机聚合物材料，其特征在于：所述引发剂为偶氮二 异丁氰。
4. 根据权利要求1所述无机掺杂有机聚合物材料，其特征在于组分及各组分质量份数 如下：P型有机聚合物PED0T:PSS 45?55份，甲基丙烯酸甲酯14?18份，聚乙烯咔唑8?12 份，CdSe l(Tl5份,磷钥酸4?6份,氧化锌2?3份，过渡金属氧化物0. 18?0. 36份,氟化锂 1. 5?2. 6份，SiAlON 0. 03?0. 05份，碳酸铯0. 4?0. 7份，引发剂4?5份，丙酮12?16份。
5. 根据权利要求4所述无机掺杂有机聚合物材料，其特征在于组分及各组分质量份数 如下：P型有机聚合物PED0T:PSS 50份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 13份，磷钥酸5份，氧化锌2. 5份，过渡金属氧化物0.22份，氟化锂2份，SiAlON 0.04份， 碳酸铯0. 55份，引发剂4. 5份，丙酮14份。
6. 根据权利要求4所述无机掺杂有机聚合物材料，其特征在于组分及各组分质量份数 如下：P型有机聚合物PED0T:PSS 48份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 12份，磷钥酸4. 8份，氧化锌2份，过渡金属氧化物0.33份，氟化锂1.9份，SiAlON 0.032 份，碳酸铯0. 48份，引发剂4. 5份，丙酮16份。
7. 权利要求1所述无机掺杂有机聚合物材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 将P型有机聚合物PED0T:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引发剂加入到丙酮 中，混合均匀，搅拌，得有机物料； 2) 将CdSe、磷钥酸、氧化锌、过渡金属氧化物、氟化锂、SiAlON和碳酸铯混合均匀，研磨 至物料细度在200?400目，得无机物料； 3) 将步骤2)得到的无机物料添加到步骤1)得到的有机物料中，加热至9(T150°C，高 速搅拌，搅拌速度为100(Tl800rpm，搅拌2(T40min，降温至30°C，得到无机掺杂有机聚合物 材料。
8. 根据权利要求7所述无机掺杂有机聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中 研磨至物料细度在400目。
9. 根据权利要求7所述无机掺杂有机聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中 搅拌速度为1600rpm，搅拌30min。
10. 权利要求1所述无机掺杂有机聚合物材料在太阳能电池中的应用。
【文档编号】H01L51/44GK104393178SQ201410641438
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】黄新东, 刘天人 申请人:无锡中洁能源技术有限公司