一种纳米有机太阳能电池活性层溶液的制备方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及太阳能电池领域，涉及一种有机太阳能电池活性层材料的纳米溶液制备方法。
【背景技术】
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[0002]由于近年来有机半导体技术的应用前景渐渐展现出来，其轻便，柔性，低成本，可调控的优势已经成为共识。但随着技术的发展，大量的有机给体新材料映入眼帘，但有机太阳能电池器件的制作工艺却没有太大的进展。目前有机太阳能电池的制作工艺的问题在于活性层内部的结构复杂，混杂着晶体和非晶状态的凝聚态结构。正因内部结构难以真正的表征清楚所以难以形成更成熟的工艺。
[0003]溶液法已经成为有机太阳能电池的主流工艺，但是有机材料的溶解度和析出时的特性使得很多光电性能很好的材料无法发挥全部的优势。改进这些局限的方法之一便是用优化的溶液，将有机物合成为纳米粒子，形成纳米溶液，用均匀的纳米粒子形成活性层将有效统一内部结构，在可以控制粒子尺寸的情况下将可以控制活性层中的给受体交界面从而提高激子解离，从而优化器件活性层。本发明的意图就是制备浓度和尺寸可调控范围更大的光电有机纳米溶液，且兼具稳定性，从而达到提升已有的有机太阳能电池的制备工艺。
【发明内容】
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[0004]发明目的:本发明的目的在于制备稳定可控的纳米化有机太阳能电池活性层溶液，从而开拓有机太阳能电池的制备工艺。
[0005]技术方案:对于有机太阳能电池活性材料纳米溶液的制备，其主要特征是围绕重沉淀法和微乳液法的结合，目的在于提高有机太阳能电池活性材料纳米溶液的可控范围和稳定性。
[0006](I)、准备两个瓶子分别将给体材料和受体材料溶于良溶剂中搅拌。
[0007](2)、分别在原溶液中加入保护载体溶剂。
[0008](3)、在搅拌的状态下，逐渐地加入不良溶剂，常温下搅拌。
[0009](4)、分别将两瓶溶液进行高频超声。
[0010](5)、将两种溶液混合搅拌。
[0011]本发明采用以上技术方案的过程中，要注意以下几点；
[0012]a、步骤(1)、中所述的良溶剂可选用，氯仿，氯苯，二氯苯，甲苯等。
[0013]b、步骤(2)、中所述的保护载体溶剂主要选用去离子水，其用量为原溶液体积的1/5-1/10。
[0014]c、步骤⑶、中所述的不良溶剂可选用，甲醇，乙醇，异丙醇，丙酮等，其用量与原溶液的过饱和程度有关，随着过饱和度的增大粒子的尺寸将增大。
[0015]d、步骤(4)、中超声时间与溶液量有关时间为0.5-3min/mlo
[0016]e、步骤(5)、中搅拌时间不低于10个小时，不超过24小时。【附图说明】:
[0017]图1是本发明一实施方式中得到的纳米溶液在放置一周后的拍摄的Sffl(扫描电子显微镜)图像，以证明粒子尺寸的可控和稳定。
[0018]图2是本发明一实施方式中得到的纳米溶液在没有任何器件优化的情况下的电池器件效率图，以证明该溶液在应用于光电器件上的可实施性，图中曲线和坐标轴所围成的面积可以通过积分计算得到光电转化效率为1.8%。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例对本发明做详细说明，但是应该理解，这些实施例仅用于说明本发明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0020]实施例1:应用本发明优化纳米有机太阳能电池活性层溶液的稳定性和可调控范围:
[0021](I)、分别将P3HT和PCBM溶于氯仿溶液中，浓度均为(5mg/ml)，体积为0.5ml，在50°C下搅拌10min(搅拌的时间长短由浓度的高低而定，配更高浓度的溶液搅拌时间要加长)O
[0022](2)、关闭加热，分别在搅拌的溶液中加入为原溶液体积1/10的去离子水，搅拌10分钟。
[0023](3)、分别在搅拌的状态下，逐渐地加入无水乙醇，体积为2/5的原溶液体积。常温下搅拌5小时。
[0024](4)、分别将两瓶溶液进行高频超声(使用的设备是探头式的超声破碎仪)lmin。
[0025](5)、将两种溶液在室温下混合搅拌12小时。
[0026]实施例2:应用本发明优化纳米有机太阳能电池活性层溶液的稳定性和可调控范围:
[0027](I)、分别将P3HT和PCBM溶于氯苯溶液中，浓度均为(10mg/ml)，体积为0.5ml，在60°C下搅拌30min(搅拌的时间长短由浓度的高低而定，配更高浓度的溶液搅拌时间要加长)O
[0028](2)、关闭加热，分别在搅拌的溶液中加入为原溶液体积1/5的去离子水，搅拌20分钟。
[0029](3)、分别在在搅拌的状态下，逐渐地加入无水甲醇，体积为1/5的原溶液体积。常温下搅拌10小时。
[0030](4)、分别将两瓶溶液进行高频超声(使用的设备是探头式的超声破碎仪)lmin。[0031 ] (5)、将两种溶液在室温下混合搅拌15小时。
[0032]实施例3:应用本发明优化纳米有机太阳能电池活性层溶液的稳定性和可调控范围:
[0033](I)、分别将P3HT和PCBM溶于二氯苯溶液中，浓度均为(20mg/ml)，体积为2ml，在80°C下搅拌30min(搅拌的时间长短由浓度的高低而定，配更高浓度的溶液搅拌时间要加长)O
[0034](2)、在80°C下，分别在搅拌的溶液中加入为原溶液体积1/5的去离子水，搅拌20分钟。
[0035](3)、分别在在搅拌的状态下，逐渐地加入异丙醇，体积为1/10的原溶液体积。常温下搅拌10小时。
[0036](4)、分别将两瓶溶液进行高频超声(使用的设备是探头式的超声破碎仪)2min。
[0037](5)、将两种溶液在室温下混合搅拌15小时。
[0038]实施例4:应用本发明优化纳米有机太阳能电池活性层溶液的稳定性和可调控范围:
[0039](I)、分别将P3HT和PCBM溶于二氯苯溶液中，浓度均为(15mg/ml)，体积为Iml，在80°C下搅拌30min(搅拌的时间长短由浓度的高低而定，配更高浓度的溶液搅拌时间要加长)O
[0040](2)、在80°C下，分别在搅拌的溶液中加入为原溶液体积1/10的去离子水，搅拌20分钟。
[0041](3)、分别在在搅拌的状态下，逐渐地加入无水醇，体积为1/5的原溶液体积。常温下搅拌10小时。
[0042](4)、分别将两瓶溶液进行高频超声(使用的设备是探头式的超声破碎仪)lmin。
[0043](5)、将两种溶液在室温下混合搅拌20小时。
【主权项】
1.一种纳米有机太阳能电池活性层溶液的制备方法，其特征在于对有机半导体材料有效的纳米化进而改善有机太阳能电池活性层的结构，如下步骤: (1)、准备两个瓶子分别将给体材料和受体材料溶于良溶剂中搅拌。 (2)、分别在原溶液中加入保护载体溶剂。 (3)、在搅拌的状态下，逐渐地加入不良溶剂，常温下搅拌。 (4)、分别将两瓶溶液进行高频超声。 (5)、将两种溶液混合搅拌。2.针对不同的材料良溶剂，不良溶剂，保护载体溶剂的选择依据，其特征在于:良溶剂对给受体材料都具有一定的溶解度，不良溶剂的选择在于能与良溶剂互溶且会影响良溶剂溶解材料的效果，保护载体溶剂要与不良溶剂互溶且与良溶剂不溶，在此基础上综合选择溶剂体系。3.根据权利要求1中所述方法适用的材料，其特征在于:目前的有机小分子系，高分子系以及富勒烯系光电材料都适用此套活性层溶液的制备方法。4.根据权利要求1中所述步骤⑵加入保护载体，其特征在于:比例不超过步骤⑴中单瓶原溶液体积的1/5，比较理想的比例在1/10-1/5之间。5.根据权利要求1所述加入不良溶剂，其特征在于:不良溶剂的添加比例与原溶液溶质的过饱和程度有关，通过控制过饱和程度调整粒子尺寸达到控制活性层给受体界面的目的。
【专利摘要】有机纳米太阳能电池属于光电材料与器件科技领域，由于有机太阳能材料非常短的激子扩散长度影响了激子解离效率，所以采用纳米技术控制给受体尺寸从而调节给受体界面来适应有机光电材料的激子扩散长度，提高激子分离效率。另外纳米化的有机光电材料在成膜后，晶体结构相较于传统的溶液法更加单一有利于载流子迁移率。但是目前的技术难点在于有机纳米粒子在没有添加剂的情况下稳定性堪忧，且溶液均一性较差，而添加剂可能会影响器件性能且粒径控制难度较大。本发明的意图在于将重沉淀法和微乳液法结合克服上述矛盾和困难。本发明使用稳定载体溶剂，不良溶剂和良溶剂来制备均一稳定的给、受体纳米粒子混合溶液，并提出控制和稳定该类型纳米粒子尺寸的系统方法。此方法操作简便，效果明显，稳定性高，且制作成本非常低廉。
【IPC分类】H01L51/48, H01L51/46
【公开号】CN105185915
【申请号】CN201510491357
【发明人】永井优, 黄维, 周天东, 程露, 黄郡, 高文娟, 崔栋
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月11日