CN105199328B - 一种有机分子薄膜及其制备方法、光电器件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种掺杂有碳纳米管的有机分子薄膜，还公开了一种有机分子薄膜的制备方法及一种光电器件。通过在有机分子溶液中掺杂一定量的碳纳米管，以旋涂方式制备薄膜之后，实现有机分子薄膜厚度的增加。本发明方法制备的厚度增加的薄膜，可以应用于光催化、电光转换、光电转换等领域。

Description

一种有机分子薄膜及其制备方法、光电器件

技术领域

本申请属于光电技术领域，特别是涉及一种有机分子薄膜及其制备方法、光电器件。

背景技术

由于聚合物呈现多种性质，其薄膜在各种领域都有广泛的应用前景。

聚合物薄膜的制备，常采用的手段有旋涂，刮涂等。对于旋涂聚合物薄膜，通过旋转速度、旋转时间以及溶液浓度、粘度的调节以及溶剂的选择，可以得到厚度连续变化的薄膜。但是优化上述条件之后聚合物的薄膜存在一个最大的薄膜厚度，如果需要超过此最大厚度的薄膜，通过减少转速与旋转时间，以及通过增加溶液浓度都不可能实现。而且，当聚合物的浓度较高时，会出现聚合物的溶解困难，所得到的薄膜粗糙度增加。但是在实际应用中，往往需要更厚的旋涂薄膜。

以有机光伏应用为例，在一定厚度范围内，聚合物薄膜厚度增加可以增加对太阳光的吸收，增加载流子浓度，从而提高器件电流，最终提高性能。因而，需要一种能够增加聚合物薄膜厚度的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机分子薄膜及其制备方法、光电器件，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种掺杂有碳纳米管的有机分子薄膜。

优选的，在上述的有机分子薄膜中，有机分子可以为聚合物或有机半导体分子。聚合物包括但不限于如下种类聚合物单独使用或混合使用：聚酯(如聚甲基丙烯酸甲酯)、聚芳酯、聚酰胺(如聚酰胺66)、聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚硅氧烷、聚醚(如聚苯醚)、聚乙烯及其衍生物、聚乙炔、聚碳酸酯、聚丙烯腈。半导体分子包括但不限于下列某一单独半导体或其混合物：聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚芴及其衍生物、并五苯、酞菁、亚酞菁、卟啉、菁、苝、C60。

优选的，在上述的有机分子薄膜中，所述有机分子薄膜中，所述碳纳米管的质量占比为大于0，且小于1％。碳纳米管可以为半导体性碳纳米管，也可以为金属性碳纳米管；碳纳米管可以为单壁碳纳米管，也可以为多壁碳纳米管；碳纳米管可以单分散状态存在，也可以为多个碳纳米管聚集状态；碳纳米管可以为单一手性的碳纳米管，也可以是多种手性碳纳米管的混合物。

优选的，在上述的有机分子薄膜中，所述有机分子包括P3HT、P3DDT和PCBM。

相应地，本申请实施例还公开了一种有机分子薄膜的制备方法，包括步骤：

s1、将碳纳米管溶解于分子溶液中，分散、离心后获得上清液(碳纳米管被分子包覆)；

s2、制备有机分子溶液；

s3、将上清液和有机分子溶液混合，然后通过旋涂方式获得掺杂有碳纳米管的有机分子薄膜。

优选的，在上述的有机分子薄膜的制备方法中，所述分子溶液为P3DDT溶液。分子溶液中的分子可以是有机小分子也可以是有机高分子。包括但不限于如下分子或其混合物：葡萄糖、氨基酸、多肽、DNA、SDS、曲拉通、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚芴及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。

优选的，在上述的有机分子薄膜的制备方法中，所述有机分子溶液为P3HT与PCBM的混合溶液。

优选的，在上述的有机分子薄膜的制备方法中，具体包括步骤：

(1)、称量10重量份的P3DDT与3重量份的碳纳米管置于甲苯溶液中，之后超声、离心，去除沉淀得到第一上清液；

(2)、通过抽滤去除第一上清液中的溶剂，之后将得到的P3DDT与碳纳米管的混合物置于邻二氯苯溶剂中，超声、离心，去除沉淀得到第二上清液；

(3)、称量6重量份的P3HT与6重量份的PCBM置于邻二氯苯溶剂中，均匀混合后获得有机分子溶液；

(4)、将第二上清液加入到有机分子溶液中，均匀混合后，通过旋涂的手段涂覆于PEDOT/PSS上，获得有机分子薄膜。

本申请实施例还公开了一种光电器件，包括上述的有机分子薄膜。

本申请实施例还公开了一种控制有机分子薄膜厚度的方法，有机分子溶液中掺杂不同含量的碳纳米管，以旋涂方式制备成不同厚度有机分子薄膜。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)、通过旋涂得到的有机分子薄膜较为均匀。

2)、通过掺杂方式实现薄膜厚度增加，实现薄膜厚度纳米量级提高。

3)、对于光电/电光应用领域，此种方法得到的有机分子薄膜在厚度增加的同时，不会显著降低薄膜的载流子迁移率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中聚合物薄膜厚度与碳纳米管掺杂含量的关系曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

以碳纳米管掺杂聚合物P3HT与有机分子PCBM的混合溶液旋涂制备薄膜为例：

称量P3DDT(聚3-十二烷基噻吩)10mg与碳纳米管3mg置于6ml甲苯溶液中，之后将此溶液超声4小时，10000g离心力离心4小时，去除沉淀得到上清溶液。

另外称量6mgP3HT(聚3-己基噻吩)与6mgPCBM(苯基C60-丁酸甲酯)置于300ul邻二氯苯溶剂中，50°搅拌一定时间使二者均匀混合，得到聚合物溶液。

将上清溶液通过抽滤去除溶剂，之后将得到的P3DDT与碳纳米管的混合物置于邻二氯苯溶剂中，超声一定的时间，离心去除沉淀之后得到更换溶剂后的上清液。之后将更换溶剂后的上清液以一定比例加入到P3HT与PCBM的混合溶液中，最终得到P3HT、PCBM、P3DDT与碳纳米管的混合溶液，将此溶液在一定温度下搅拌适当时间，使其混合均匀。

之后将上述的混合溶液以适当的体积涂覆于基底PEDOT/PSS上并旋涂，以600rpm旋涂60秒为例，添加不同含量的碳纳米管得到的膜厚分别为287nm,292nm，311nm，而同等条件下，不加碳纳米管的薄膜厚度为281nm,碳纳米管含量与膜厚的关系如图1所示。

本发明方法制备的厚度增加的薄膜，可以应用于光催化、电光转换、光电转换等领域。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (8)

1.一种有机分子薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：

s1、将碳纳米管溶解于分子溶液中，分散、离心后获得上清液；

s2、制备有机分子溶液；

s3、将上清液和有机分子溶液混合，然后通过旋涂方式获得掺杂有碳纳米管的有机分子薄膜；

其中，步骤S1中的分子溶液为P3DDT溶液。

2.根据权利要求1所述的有机分子薄膜的制备方法，其特征在于：所述有机分子溶液为P3HT与PCBM的混合溶液。

3.根据权利要求1所述的有机分子薄膜的制备方法，其特征在于，具体包括步骤：

(1)、称量10重量份的P3DDT与3重量份的碳纳米管置于甲苯溶液中，之后超声、离心，去除沉淀得到第一上清液；

(2)、通过抽滤去除第一上清液中的溶剂，之后将得到的P3DDT与碳纳米管的混合物置于邻二氯苯溶剂中，超声、离心，去除沉淀得到第二上清液；

(3)、称量6重量份的P3HT与6重量份的PCBM置于邻二氯苯溶剂中，均匀混合后获得有机分子溶液；

(4)、将第二上清液加入到有机分子溶液中，均匀混合后，通过旋涂的手段涂覆于PEDOT/PSS上，获得有机分子薄膜。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的方法制得的掺杂有碳纳米管的有机分子薄膜。

5.根据权利要求4所述的有机分子薄膜，其特征在于：所述有机分子薄膜中，所述碳纳米管的质量占比为大于0，且小于1％。

6.根据权利要求4所述的有机分子薄膜，其特征在于：所述有机分子包括P3HT、P3DDT和PCBM。

7.一种光电器件，其特征在于：包括权利要求1至3任一所述的方法制得的有机分子薄膜。

8.一种控制有机分子薄膜厚度的方法，其特征在于：有机分子溶液中掺杂不同含量的碳纳米管，以旋涂方式制备成不同厚度有机分子薄膜。