一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法与流程

本发明涉及光电材料技术领域，更具体地，涉及一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法。

背景技术

有机聚合物太阳电池因其具有成本低廉、工艺简单、原料来源丰富且环保等特点，一直以来都是光伏领域的研究热点，同时，其器件本身又具有可制备成柔性、轻便、半透明电池等优势，因此吸引了国内外研究者的广泛关注和研究。

目前，有机太阳电池活性层材料主要为体相异质结结构，活性层材料是由给体和受体材料形成均匀混合的、双连续的互穿网络。一般而言，活性层材料给体材料为含芳稠环的共轭聚合物，受体材料为[6,6]-苯基-c61-丁酸异甲酯衍生物(pcbm)。有机太阳电池材料的空穴/电子传输率是影响有机太阳电池光电效率的重要指标之一。有机材料的空穴/电子传输率越高，则光激发的空穴/电子在材料中越不容易淬灭，从而有更高几率达到阴阳极形成有效电流。为了有效提升太阳电池的空穴/电子传输率，人们会在阴阳极和活性层中间加入特定结构的电子/空穴传输层，从而实现上述目的。如聚芴类高分子，就被证明是一类较常见的电子传输层材料。

然而聚芴类高分子，提升有机太阳电池电子迁移率的效果较为有限，人们更想通过简单的手法进一步提升有机太阳电池电子迁移率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供另一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，可以进一步提升电子传输层中电子迁移率。

令人意外的发现，将氧化石墨烯添加至电子传输层材料中形成共混物，此共混物成膜后电子迁移率有明显的提升。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，包括如下步骤：

a.将电子传输层材料与氧化石墨烯共混，将所得混合物加热溶解在高沸点溶剂中形成溶液w；

b.惰性气体保护下和加热下，将溶液w趁热过滤，滤液避光保存；

c.向滤液中加入添加剂，保存时间≤24h；

d.将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到电子传输层材料与氧化石墨烯的混合物；

其中，电子传输层材料的分子结构式为：

其中，r¹、r²为c1-c22的烷基或者c1-c22的烷氧基，所述烷基或者烷氧基为直链、支链或者环状，其中一个或多个碳原子可以被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基取代，氢原子可被卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代。

进一步的，一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，所述电子传输层和氧化石墨烯的质量比为1：0.01-0.1。

进一步的，一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，所述添加剂为二碘辛烷或氯萘。

进一步的，一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，所述添加剂在溶液w滤液中的占比为0.1-1wt％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

氧化石墨烯具有良好的光电性能和电子迁移率，将其与聚芴类的电子传输层材料进行物理共混，加入添加剂，可形成均匀的结构。将共混物溶液成膜，作为新的电子传输层材料，可以有效提升电子迁移率。

附图说明

图1为实施例1中共混膜(电子传输层材料：氧化石墨烯＝1：0.01)的原子力学显微镜图。

图2为实施例2中共混膜(电子传输层材料：氧化石墨烯＝1：0.05)的原子力学显微镜图。

图3为实施例3中共混膜(电子传输层材料：氧化石墨烯＝1：0.1)的原子力学显微镜图。

图4为实施例4中共混膜(电子传输层材料：氧化石墨烯＝1：0.1)的原子力学显微镜图。

图5为实施例1中电子传输层材料的结构。

图6为实施例2中电子传输层材料的结构。

图7为实施例3中电子传输层材料的结构。

图8为实施例4中电子传输层材料的结构。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，包括以下步骤：

a.电子传输层材料与氧化石墨烯混合形成共混物，质量比为电子传输层材料：氧化石墨烯＝1：0.01，将所得混合物溶解在氯苯中并加热至100℃，形成溶液w；b.在氩气保护下，保持溶液w温度为100℃，趁热用孔径为0.45微米的滤头过滤，将滤液保存在棕色试剂瓶中，c.然后加入二碘辛烷，保存3h。d.最后将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到电子传输层材料与氧化石墨烯的混合物。

待测试电子迁移率时，先将所得混合物再次溶于100℃氯苯中，并旋涂成共混膜，厚度为40nm。共混材料的电子迁移率采用空间电荷限制电流(sclc)的方法测量。sclc器件结构为ito/pedot/共混膜/moo3/al。根据公式：jsclc＝(9/8)εoεrμo(v2/l3)，计算得到，j是电流，μo是零场强下的迁移率，εo是真空介电常数，εr是材料的介电常数，l是材料的厚度，v是聚合物层的有效电压，由器件的施加电压(vappl)减去器件的内建电场电压(vbi)和器件其它层电阻的电压降(vs)：v＝vappl-vbi-vs。器件的迁移率可以通过j1/2-v的曲线斜率计算得到。我们将共混膜做了电子迁移率测试，作为对比，也测试了一系列正交试验。所得结果如下。

其中电子传输层材料的结构式如图5所示。

实施例2

一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，包括以下步骤：

a.电子传输层材料与氧化石墨烯混合形成共混物，质量比为电子传输层材料：氧化石墨烯＝1：0.05，将上述共混物溶解在甲苯中并加热至120℃，形成溶液w；b.在氩气保护下，保持溶液w温度为120℃，趁热用孔径为0.7微米的滤头过滤，将滤液保存在棕色试剂瓶中，c.然后加入二碘辛烷，保存5h。d.最后将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到电子传输层材料与氧化石墨烯的混合物。

待测试电子迁移率时，先将所得混合物再次溶于120℃甲苯中，并旋涂成共混膜，厚度为40nm。共混材料的电子迁移率采用空间电荷限制电流(sclc)的方法测量。sclc器件结构为ito/pedot/共混膜/moo3/al。根据公式：jsclc＝(9/8)εoεrμo(v2/l3)，计算得到，j是电流，μo是零场强下的迁移率，εo是真空介电常数，εr是材料的介电常数，l是材料的厚度，v是聚合物层的有效电压，由器件的施加电压(vappl)减去器件的内建电场电压(vbi)和器件其它层电阻的电压降(vs)：v＝vappl-vbi-vs。器件的迁移率可以通过j1/2-v的曲线斜率计算得到。我们将共混膜做了电子迁移率测试，作为对比，也测试了一系列正交试验。所得结果如下。

其中电子传输层材料的结构式如图6所示。

实施例3

一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，包括以下步骤：

a.电子传输层材料与氧化石墨烯混合形成共混物，质量比为电子传输层材料：氧化石墨烯＝1：0.1，将上述共混物溶解在三甲苯中并加热至140℃，形成溶液w；b.在氩气保护下，保持溶液w温度为140℃，趁热用孔径为1微米的滤头过滤，将滤液保存在棕色试剂瓶中，c.然后加入氯萘，保存5h。d.最后将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到电子传输层材料与氧化石墨烯的混合物。

待测试电子迁移率时，先将所得混合物再次溶于140℃三甲苯中，并旋涂成共混膜，厚度为40nm。共混材料的电子迁移率采用空间电荷限制电流(sclc)的方法测量。sclc器件结构为ito/pedot/共混膜/moo3/al。根据公式：jsclc＝(9/8)εoεrμo(v2/l3)，计算得到，j是电流，μo是零场强下的迁移率，εo是真空介电常数，εr是材料的介电常数，l是材料的厚度，v是聚合物层的有效电压，由器件的施加电压(vappl)减去器件的内建电场电压(vbi)和器件其它层电阻的电压降(vs)：v＝vappl-vbi-vs。器件的迁移率可以通过j1/2-v的曲线斜率计算得到。我们将共混膜做了电子迁移率测试，作为对比，也测试了一系列正交试验。所得结果如下。

其中电子传输层材料的结构式如图7所示。

实施例4

一种对有机聚合物电池电子传输层改性的方法，包括以下步骤：

a.电子传输层材料与氧化石墨烯混合形成共混物，质量比为电子传输层材料：氧化石墨烯＝1：0.1，将上述共混物溶解在二甲苯中并加热至140℃，形成溶液w；b.在氩气保护下，保持溶液w温度为140℃，趁热用孔径为1微米的滤头过滤，将滤液保存在棕色试剂瓶中，c.然后加入氯萘，保存5h。d.最后将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到电子传输层材料与氧化石墨烯的混合物。

待测试电子迁移率时，先将所得混合物再次溶于140℃二甲苯中，并旋涂成共混膜，厚度为40nm。共混材料的空穴迁移率采用空间电荷限制电流(sclc)的方法测量。sclc器件结构为ito/pedot/共混膜/moo3/al。根据公式：jsclc＝(9/8)εoεrμo(v2/l3)，计算得到，j是电流，μo是零场强下的迁移率，εo是真空介电常数，εr是材料的介电常数，l是材料的厚度，v是聚合物层的有效电压，由器件的施加电压(vappl)减去器件的内建电场电压(vbi)和器件其它层电阻的电压降(vs)：v＝vappl-vbi-vs。器件的迁移率可以通过j1/2-v的曲线斜率计算得到。我们将共混膜做了电子迁移率测试，作为对比，也测试了一系列正交试验。所得结果如下。

其中电子传输层材料的结构式如图8所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。