水乙醇，搅拌24h;静置3天，最终形成Ti〇2溶胶。
[0035] 2)衬底的处理
[0036]玻璃衬底依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20分钟，氮气吹干。
[0037] 3)PS小球模板的制备
[0038]直径为420nm聚苯乙烯PS小球的单分散层是通过在水/空气界面的自组装办法形 成的。首先，配制质量分数为5w%的PS小球单分散的水/乙醇(水和乙醇的体积比是1:1)混 合溶液;其次，在培养皿内装入去离子水，并用微量进样器向去离子水表面缓慢注射PS小球 的单分散溶液，PS小球会在水面散开，继续注射直至小球铺满整个水面;然后，向水面滴入 2wt %的C12H25Na〇4S水溶液调整水面的表面张力，控制PS小球排列;再然后，将玻璃衬底倾斜 着插入水中并缓慢提起，使PS小球转移到玻璃衬底上;最后，将载有PS小球单分散层的玻璃 衬底在马弗炉中100°c条件下干燥25分钟去除溶剂，从而在玻璃衬底表面得到紧密排列、有 序的二维PS小球阵列。
[0039] 4)Ti02二维纳米碗阵列的制备
[0040] 首先，将覆盖有PS小球阵列的玻璃衬底薄膜垂直缓慢浸入到Ti02溶胶溶液中时间 5分钟，待衬底全部浸入后，将其缓慢提起，使Ti0 2溶胶填满PS小球模板的缝隙；然后，将从 Ti02溶胶溶液中取出的玻璃衬底薄膜在马弗炉中450°C条件下退火2小时，自然冷却至室温 后得到高度有序的Ti0 2二维纳米碗阵列;纳米碗阵列结构直径420nm，高度约210nm.
[0041] 二、有机太阳能电池制备。
[0042] 1)将IT0导电玻璃放入烧杯中，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗20分钟， 清洗后用氮气吹干；
[0043] 2)将制得的Ti02溶胶旋涂在ΙΤ0表面，旋涂速度为3000rpm;然后将带有Ti02溶胶的 ΙΤ0导电玻璃用马弗炉在450°C条件下焙烧2h;自然冷却降温到室温后，即可在ΙΤ0上制得 Ti02薄膜，薄膜的厚度为40nm;
[0044] 3)室温条件下，将给体材料PCDTBT与受体材料PCBM(质量比1:4)溶于有机溶剂二 氯苯(北京百灵威公司）中，配置成7mg/mL的溶液，然后在300rpm的搅拌速度下搅拌48h，即 可配置成P⑶TBT: PCBM的混合溶液；
[0045] 4)在Ti02薄膜上旋涂PCDTBT:PCBM混合溶液，转速为2000rpm;然后，将样品放入充 满氩气的手套箱中，在热台上以70°C退火30分钟，从而在Ti02薄膜上制得活性层，厚度为 200nm；
[0046] 5)将旋涂有活性层的样品放在纳米热压印机中，采用制备好的Ti02二维纳米碗阵 列作为模版，然后设定加压温度为50°C，保压温度70°C，保压时间20分钟，泄压温度30°C，从 而在活性层上制得二维纳米碗阵列；
[0047] 6)将样品取出，在压强为lXl(T5Pa下，在活性层上蒸镀Mo03(国药集团化学试剂有 限公司）空穴传输层，厚度为4nm，生长速度为2 A/s;
[0048] 7)最后在压强为IX l(T5Pa下蒸镀Ag(国药集团化学试剂有限公司）电极，厚度为 100nm，生长速度为3 A/S，进而制备得到本发明所述的二维纳米碗阵列陷光结构有机太阳 能电池。
【主权项】
1. 一种具有二维纳米碗阵列陷光结构的有机太阳能电池，从下至上，依次由ITO导电玻 璃衬底、TiO 2电子传输层、P⑶TBT = PCBM活性层、MoO3空穴传输层和Ag阳极组成，其特征在于： 与MoO3空穴传输层相接触的PCDTBT: PCBM活性层表面为高度有序的二维纳米碗阵列陷光结 构，纳米碗的直径为350~450nm，高度为170~230nm〇2. 如权利要求1所述的一种具有二维纳米碗阵列陷光结构的有机太阳能电池，其特征 在于:TiO2电子传输层的厚度为30~50nm、PCDTBT:PCBM活性层的厚度为200~300nm、Mo0 3空 穴传输层的厚度为3~5nm、Ag阳极的厚度为80~120nm〇3. 权利要求1所述的一种具有二维纳米碗阵列陷光结构的有机太阳能电池的制备方 法，其步骤如下： 1) 将ITO导电玻璃放入烧杯中，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗20~30分钟， 清洗后用氮气吹干； 2) 将TiO2溶胶旋涂在ITO导电玻璃表面，旋涂速度为3000~5000rpm;然后将带有TiO2溶 胶的ITO导电玻璃用马弗炉在350~500°C条件下退火2~3h;自然冷却降温到室温后，即可 在ITO上制得TiO 2薄膜； 3) 室温条件下，将给体材料PCDTBT与受体材料PCBM按质量比1:4溶于有机溶剂二氯苯 中，配置成5~10mg/mL的溶液，然后在100~400rpm的搅拌速度下搅拌24~48h，即可配置成 P⑶TBT: PCBM的混合溶液； 4) 在TiO2薄膜上旋涂PCDTBT:PCBM混合溶液，转速为1000~2500rpm;然后，将样品放入 充满氩气的手套箱中，在热台上以70~100°C退火30~50分钟，从而在TiO 2薄膜上制得 PCDTBT: PCBM 活性层； 5) 将旋涂有活性层的样品放在纳米热压印机中，以TiO2二维纳米碗阵列为模版，然后设 定加压温度为50~70°C，保压温度60~80°C，保压时间10~20分钟，泄压温度30~60°C，从 而在PCDTBT: PCBM活性层的表面制得二维纳米碗阵列的陷光结构； 6) 再在压强为I X HT4~I X HT5Pa条件下，在具有二维纳米碗阵列陷光结构的活性层上 蒸镀MoO3空穴传输层，厚度为3~5nm，生长速度为1A/S 7) 最后在压强为I X HT5~I X HT3Pa条件下在MoO3空穴传输层上蒸镀Ag电极，厚度为80 ~120nm，生长速度为3~6A/s，进而制备得到具有二维纳米碗阵列陷光结构有机太阳能电 池。4. 如权利要求3所述的一种具有二维纳米碗阵列陷光结构的有机太阳能电池的制备方 法，其特征在于:TiO2二维纳米碗阵列的制备步骤如下， 1)PS小球模板的制备 首先，配制质量分数5wt %~IOwt %的直径为300~500nm聚苯乙稀PS小球的水和乙醇 单分散液;其次，在培养皿内加入去离子水，并向去离子水表面缓慢加入PS小球的水和乙醇 单分散液，PS小球在水面散开，继续加入分散液直至PS小球铺满整个水面;然后，向水面滴 入2wt%~5wt%的C 12H25NaO4S水溶液调整水面的表面张力，使PS小球排列紧密，进而控制调 节PS小球间隔尺寸;再然后，将清洁处理后的玻璃衬底倾斜着插入水中并缓慢提起，使排列 紧密的PS小球单分散层转移到玻璃衬底上;最后，将载有PS小球单分散层的玻璃衬底在马 弗炉中90°C~150°C条件下干燥15~30分钟去除溶剂，从而在玻璃衬底表面得到紧密排列、 有序的二维PS小球阵列； 2)Ti〇2二维纳米碗阵列的制备 首先，将步骤1)得到的覆盖有PS小球阵列的玻璃衬底垂直缓慢浸入到TiO2溶胶溶液中3 ~5分钟，使TiO2溶胶填满PS小球模板的缝隙;然后，将从TiO2溶胶溶液中取出的玻璃衬底在 马弗炉中350~500°C条件下退火1.5~2.5小时，自然冷却至室温后在玻璃衬底上得到高度 有序的TiO 2二维纳米碗阵列。5.如权利要求3或4所述的一种具有二维纳米碗阵列陷光结构的有机太阳能电池的制 备方法，其特征在于= TiO2溶胶的配制是向30~60mL的无水乙醇中加入5~20mL的 C16H36O4Ti，搅拌50~90分钟；加入5~20mL冰醋酸和10~30mL无水乙醇，搅拌20~40分钟；加 入5~20mL乙酰丙酮和10~30mL无水乙醇，搅拌20~40分钟；加入5~20mL去离子水和10~ 30mL无水乙醇，搅拌15~30h;静置2~4天，得到TiO 2溶胶。
【专利摘要】本发明属于聚合物太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于纳米热压印技术的二维碗阵列陷光结构有机太阳能电池及其制备方法，该方法具体包括：利用PS小球模板法和溶胶凝胶法制备TiO2二维纳米碗阵列模版，利用二维纳米碗阵列作为陷光结构模版，通过纳米压印机直接在活性层上压印出均匀分布的二维纳米碗阵列，这种方法创新性采用PS小球结合溶胶凝结法快速制备压印模版，不仅缩短时间，而且节约成本。同时，利用纳米压印技术制作出二维纳米周期结构，可以有效增加光吸收，提高对太阳光的利用率。因此，本发明不仅创新压印模版制备方法，同时，有效提高有机太阳能电池的效率，为未来纳米压印以及有机太阳能电池的发展有很大借鉴意义。
【IPC分类】H01L51/42, H01L51/44, H01L51/48
【公开号】CN105529404
【申请号】CN201510955864
【发明人】郭文滨, 李质奇, 沈亮, 董玮, 周敬然, 张歆东, 温善鹏, 阮圣平
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月21日