一种具有阵列结构的有机薄膜的制备方法与流程

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种具有阵列结构的有机薄膜的制备方法。

背景技术：

有机太阳能电池因其具有投入成本低，质量轻便，可卷曲且易于大面积制造等特点，具有广阔的应用和开发前景，成为现在光伏领域研究的热点。但是，传统的有机薄膜，其激子扩散长度仅为数十纳米，那么，作为太阳能电池的活性材料层，其厚度也被限制在数十纳米内。然而，太阳能电池的光吸收效率与活性层的厚度是成正比的，活性层越薄，电池的光吸收效率越低，相应的光电转化效率也越低，即传统的有机薄膜大大限制了太阳能电池的光吸收效率，因此，提高有机材料的激子扩散长度是提高太阳能电池光吸收效率的有效途径。

由于有机小分子材料的激子扩散长度较低可能是由于有机材料的载流子迁移率较低，且在非晶或微晶薄膜中存在大量的晶界、缺陷及杂质。而高质量的单晶、或有阵列结构的多晶薄膜能够最大限度的降低这些不利因素。因此，制备高质量的有阵列结构的有机薄膜是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种具有阵列结构的有机薄膜的制备方法，该制备方法工艺简单，操作简便，制备而成的有机薄膜具有阵列结构，即具有较高的载流子迁移率和激子扩散长度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有阵列结构的有机薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)配置薄膜原料液：将所要制备的有机薄膜的原材料配置成饱和溶液，得到薄膜原料液；

2)制作电荷辅助沉积装置：

A、采用聚四氟乙烯材料制成一个六面体形底座，并在该底座上表面上开设两道相互平行、且水平间距在0.5～5mm之间的凹槽；

B、取一个上部开口的筒状玻璃容器，将底座的下表面固定在该玻璃容器底部；

C、采用极性基底材料制成两块形状结构均相同、且底部与凹槽相匹配的极性基底材料板，然后将其分别卡接到底座上的两个凹槽中，记为第一基底板和第二基底板；

D、在第一基底板顶部设置第一导线，在第二基底板顶部设置第二导线，且第一导线和第二导线端部均与外界电源和开关相连，构成以电源、开关、第一导线、第一基底板、底座、第二基底板、第二导线串联的电回路；使开关处于断开状态；

3)将薄膜原料液从玻璃容器开口处倒入电荷辅助沉积装置的玻璃容器中，至薄膜原料液浸没第一基底板和第二基底板；

4)通电：闭合开关，给第一基底板和第二基底板施加电压，电压大小以两个基底之间电场强度在0.5×10⁶～5×10⁶v/m之间为准，24～96小时后，即可得到沉积在第一基底板上的有机薄膜，且得到的有机薄膜沉积厚度在1000纳米～3000纳米之间。

具体的说，所述步骤1)中，有机薄膜的原材料单体可溶于溶剂。

具体的说，所述步骤1)中，有机薄膜的原材料为氯化硼亚酞菁。

具体的说，所述步骤1)中，将氯化硼亚酞菁溶于氯苯溶剂中，配置成饱和溶液，得到氯化硼亚酞菁薄膜原料液。

具体的说，所述步骤2)中，底座为长方体形底座。

具体的说，所述步骤2)中，极性基底材料为硅片、石英玻璃、ITO或FTO。

具体的说，所述步骤2)中，外界电源为市电电源或充电电源。

更具体的说，所述步骤4)中，电压施加时长与得到的有机薄膜沉积厚度成正比。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备方法工艺简单，操作简便，使用本发明方法制备而成的有机薄膜具有阵列结构，即具有较高的载流子迁移率和激子扩散长度。

(2)本发明专门设计了一种电荷辅助沉积装置来制备具有阵列结构的有机薄膜，该电荷辅助沉积装置采用玻璃制作的筒状容器，采用聚四氟乙烯材料制成底座，采用极性可溶于溶剂的材料作为基地材料，其设计合理，结构简单，安装拆卸均十分方便，沉积操作极为简单，且沉积效果好，可利用该装置采用电沉积法沉积得到厚度均匀、沉积时间短且具有阵列结构的有机薄膜，沉积效果极好。

(3)本发明在施加电压时，施加的电压与两个基底之间间距正相关，在施加电压和基底间距能够确保基底间电场强度在0.5x10⁶～5X10⁶v/m即可，因此，若是在外界电源提供的电压额度较低时，可通过调整基底间距来达到目的，使整个沉积操作更加灵活，该电荷辅助沉积装置适用范围更广。

附图说明

图1为本发明电荷辅助沉积装置结构示意图。

图2为实施例中具有阵列结构的SubPC薄膜的AFM图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-第一基底板，2-第二基底板，3-底座，4-玻璃容器，5-第一导线，6-第二导线。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

本实施例以氯化硼亚酞菁(SubPC)薄膜为例，提供一种具有阵列结构的氯化硼亚酞菁(SubPC)的制备方法，包括以下步骤：

1)配置氯化硼亚酞菁原料液：将氯化硼亚酞菁溶于氯苯中，配置成SubPC氯苯饱和溶液，即为原料液；

2)制作电荷辅助沉积装置：

选择一个上部开口的筒状玻璃容器备用；

采用聚四氟乙烯材料制成一个与玻璃容器4相匹配的长方体形底座3，并在该底座3上表面上开设两道相互平行、且水平间距为1mm的凹槽，然后将底座3的下表面固定在该玻璃容器4底部；

选取由硅制成的两块形状结构均相同、且底部与凹槽相匹配的硅片，并将硅片分别卡接到底座3上的两个凹槽中，记为第一基底板1和第二基底板2；

在第一基底板1顶部设置第一导线5，在第二基底板2顶部设置第二导线6，且第一导线5和第二导线6端部均与市电相连，构成以市电、开关、第一导线5、第一基底板1、底座3、第二基底板2、第二导线6串联的电回路；使开关处于断开状态；制作得到的电荷辅助沉积装置的结构示意图如图1所示；

3)将步骤一中备好的原料液从玻璃容器4开口处倒入电荷辅助沉积装置的玻璃容器4中，至原料液浸没第一基底板1和第二基底板2；

4)通电：闭合开关，给第一基底板和第二基底板施加10KV的电压(该第一基底板与第二基底板的间距为1mm，施加电压为10KV，即可确保基底间电场强度在0.5x10⁶～5X10⁶v/m之间)，沉积24h后，即可得到沉积在第一基底板上的SubPC薄膜，测得该SubPC薄膜沉积厚度为1200nm。

并且，可得到如图2所示的该SubPC薄膜的AFM图，由图2可知，该SubPC薄膜具有三角堆砌阵列结构。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。