CN106410033B - 一种聚合物薄膜及其制备方法与应用 - Google Patents

一种聚合物薄膜及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106410033B
CN106410033B CN201610796856.3A CN201610796856A CN106410033B CN 106410033 B CN106410033 B CN 106410033B CN 201610796856 A CN201610796856 A CN 201610796856A CN 106410033 B CN106410033 B CN 106410033B
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
polymer
film
thin polymer
chlorophenol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610796856.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106410033A (zh
Inventor
谭占鳌
王雅萍
史珍珍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201610796856.3A priority Critical patent/CN106410033B/zh
Publication of CN106410033A publication Critical patent/CN106410033A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106410033B publication Critical patent/CN106410033B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Abstract

本发明公开了属于聚合物太阳电池技术领域的一种聚合物薄膜及其制备方法与应用。本发明利用氯苯酚选择性溶解受体富勒烯衍生物而不溶解给体聚合物的特点，用邻氯苯酚的醇溶液对共轭聚合物‑富勒烯衍生物共混薄膜进行后处理，制备了可调节受体垂直浓度分布的聚合物薄膜。制备的共混薄膜用于反向聚合物电池中后，形成了给体富集在阳极一侧，受体富集在阴极一侧的结构，活性层内部形成了相对独立的电子、空穴传输通道，有效提高了激子的分离和载流子的传输，从而显著提高了电池的短路电流和转化效率，且反向结构的电池具有更好的稳定性。此外，该发明还具有制备工艺简单、易操作、成本低廉、重复性好等特点。

Description

一种聚合物薄膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于聚合物太阳电池技术领域，具体涉及一种聚合物薄膜及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，基于共轭聚合物和富勒烯衍生物的聚合物太阳电池因具有结构简单、成本低、质量轻、可弯曲、可使用工业化的卷对卷工艺制备等优点而受到关注。通过优化设计，合成新型的聚合物给体材料和富勒烯衍生物受体材料，以及优化各传输层，本体异质结聚合物太阳电池的转换效率已提高到11％以上。但是传统结构的聚合物太阳电池因正极接触的PEDOT:PSS的腐蚀性，低功函的负极易氧化性，致使电池的稳定性不佳；且由于聚合物和富勒烯衍生物的表面势能不同以及其与基底相互作用的差异，给受体会自发形成下方富集给体材料、上方富集受体材料的垂直相分离的异质结，这种结构在传统结构的电池中不利于载流子的传输。因此，用稳定的电子和空穴传输层修饰的反向结构聚合物太阳电池备受关注。反向聚合物太阳电池中，目前使用的能够优化给受体垂直相分离的方法主要有热退火和添加剂处理。但热退火易导致薄膜中共混组分之间产生大尺度相分离，更高温度也不利于柔性塑料太阳电池的制备；添加剂易残留在共混薄膜内部，产生S型J-V曲线，降低电池性能。因此发展一种仅通过简单的溶剂处理就可得到理想的垂直相分离技术是很有必要的。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种聚合物薄膜及其制备方法与应用。
氯苯酚为苯酚的一元氯代衍生物，分子式ClC6H4OH，存在邻、间、对三种同分异构体。邻氯苯酚是无色液体，熔点9.0℃，沸点174.9℃，溶于醇、醚、苯、碱水溶液，微溶于水。
本发明利用氯苯酚选择性溶解受体富勒烯衍生物而不溶解给体聚合物的特点，用邻氯苯酚的醇溶液对共轭聚合物-富勒烯衍生物共混薄膜后处理，制备了可调节受体垂直浓度分布的聚合物薄膜。用于反向聚合物电池中后，形成了给体富集在阳极一侧，受体富集在阴极一侧的结构，得到高效稳定的太阳电池。
聚合物薄膜的制备方法具体为：
1)室温下，将共轭聚合物与富勒烯衍生物溶于良溶剂中，配制混合溶液；
2)过夜搅拌，利用旋涂仪制得薄膜；
3)配备混合溶剂，并搅拌；
4)将混合溶剂高速旋涂在共轭聚合物与富勒烯衍生物共混薄膜上。
步骤1)中共轭聚合物为PTB7-Th，富勒烯衍生物为PC71BM。
步骤1)中PTB7-Th与PC71BM的质量配比为1:1.5。
步骤1)中良溶剂为氯苯。
步骤1)中混合溶液总浓度为25mg/ml。
步骤2)中薄膜为80-120nm。
步骤3)中混合溶剂为氯苯酚与醇类的混合液。
醇类包括异丙醇、甲醇、异辛醇的一种或它们的任意组合；氯苯酚为邻氯苯酚。
混合溶液中，氯苯酚的体积分数为0.1-0.3％。
聚合物薄膜用于反向结构聚合物太阳电池中。
本发明的有益效果为：通过氯苯酚的醇溶液对共混薄膜后处理，得到有理想垂直相分离的共混薄膜。将其引入反向结构聚合物太阳电池中，实现了高效的载流子传输和收集，从而显著提高了电池的短路电流，太阳电池的转化效率得到提高；且反向结构的太阳电池稳定性好。此外，该发明还具有制备工艺简单、易操作、成本低廉、重复性好等特点。
附图说明
图1为反向结构聚合物太阳电池结构图。
图2为本发明方法形成聚合物薄膜的原子力显微镜形貌图。
图3为本发明方法形成聚合物薄膜的透射电子显微镜图。
图4为本发明方法形成聚合物薄膜的飞行时间二次离子质谱图。
图5为实施例1制备的聚合物太阳电池的电流-电压特性曲线。
图6为实施例2制备的聚合物太阳电池的电流-电压特性曲线。
图7为实施例3制备的聚合物太阳电池的电流-电压特性曲线。
图8为实施例4制备的聚合物太阳电池的电流-电压特性曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明所保护的范围不限于此。
实施例1(作对比例)
1)溅射有掺杂铟SnO2(ITO)的透明导电玻璃依次用洗洁精、自来水、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗两次，氮气吹干，移入手套箱备用。将乙酰丙酮氧化钛(TIPD)用异丙醇稀释20倍后以4000rpm旋涂在ITO上，在150℃热台退火10分钟；
2)溶好的活性层溶液PTB7-Th:PC71BM(1:1.5w/w，聚合物浓度为10mg/mL,氯苯)以1700rpm旋涂在ITO/TIPD基片上，得到一个80-120nm的薄膜；
3)异丙醇以4000rpm旋涂在活性层上对其进行后处理；
4)将基片移入真空镀膜机中，在5×10-4帕下依次蒸镀10纳米厚的三氧化钼和100纳米厚的铝电极。
所制得的器件在100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下，开路电压为0.78伏，短路电流为17.52毫安每平方厘米，填充因子为66.34％，转换效率为8.98％。图5为该器件在未经光照射和经100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下的电流－电压曲线。
实施例2
3)将邻氯苯酚以0.1％体积比溶于异丙醇中，并以4000rpm旋涂在活性层上对其进行后处理。
步骤1)、2)、4)均与实施例1相同。
所制得的器件在100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下，开路电压为0.78伏，短路电流为18.06毫安每平方厘米，填充因子为66.27％，转换效率为9.34％。图6为该器件在未经光照射和经100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下的电流－电压曲线。
实施例3
3)将邻氯苯酚以0.2％体积比溶于异丙醇中，并以4000rpm旋涂在活性层上对其进行后处理。
步骤1)、2)、4)均与实施例1相同。
所制得的器件在100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下，开路电压为0.78伏，短路电流为18.67毫安每平方厘米，填充因子为65.62％，转换效率为9.51％。图7为该器件在未经光照射和经100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下的电流－电压曲线。
实施例4
3)将邻氯苯酚以0.3％体积比溶于异丙醇中，并以4000rpm旋涂在活性层上对其进行后处理。
步骤1)、2)、4)均与实施例1相同。
所制得的器件在100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下，开路电压为0.78伏，短路电流为17.66毫安每平方厘米，填充因子为65.26％，转换效率为9.06％。图8为该器件在未经光照射和经100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下的电流－电压曲线。
实施例5
3)将邻氯苯酚以0.2％体积比溶于甲醇中，并以4000rpm旋涂在活性层上对其进行后处理。
步骤1)、2)、4)均与实施例1相同。
所制得的器件在100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下，开路电压为0.78伏，短路电流为18.30毫安每平方厘米，填充因子为65.71％，转换效率为9.28％。
实施例6
3)将邻氯苯酚以0.3％体积比溶于异辛醇中，并以4000rpm旋涂在活性层上对其进行后处理。
步骤1)、2)、4)均与实施例1相同。
所制得的器件在100毫瓦每平方厘米的模拟太阳光照射下，开路电压为0.78伏，短路电流为17.92毫安每平方厘米，填充因子为65.13％，转换效率为9.10％。
与实施例1相比，实施例2-6中太阳电池的短路电流和转化效率显著提高。

Claims (9)

1.一种聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，具体过程为：
1)室温下，将共轭聚合物与富勒烯衍生物溶于良溶剂中，配制混合溶液；
2)过夜搅拌，利用旋涂仪制得共轭聚合物-富勒烯衍生物共混薄膜；
3)配备混合溶剂，并搅拌；所述混合溶剂为氯苯酚与醇类的混合液，氯苯酚的体积分数为0.1-0.3％；
4)将混合溶剂高速旋涂在共轭聚合物-勒烯衍生物共混薄膜上。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤1)中共轭聚合物为PTB7-Th，富勒烯衍生物为PC71BM。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，PTB7-Th与PC71BM的质量配比为1:1.5。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤1)中良溶剂为氯苯。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤1)中混合溶液总浓度为25mg/ml。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤2)中薄膜的厚度为80-120nm。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述醇类包括异丙醇、甲醇、异辛醇的一种或它们的任意组合；氯苯酚为邻氯苯酚。
8.权利要求1-7中任一项所述制备方法制备的聚合物薄膜。
9.权利要求8所述聚合物薄膜，用于反向结构聚合物太阳电池中。
CN201610796856.3A 2016-08-31 2016-08-31 一种聚合物薄膜及其制备方法与应用 Expired - Fee Related CN106410033B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610796856.3A CN106410033B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种聚合物薄膜及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610796856.3A CN106410033B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种聚合物薄膜及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106410033A CN106410033A (zh) 2017-02-15
CN106410033B true CN106410033B (zh) 2019-05-03

Family

ID=58001695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610796856.3A Expired - Fee Related CN106410033B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种聚合物薄膜及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106410033B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109755395B (zh) * 2017-11-08 2021-07-16 中国科学院化学研究所 一种应用风刀涂布制备有机聚合物薄膜太阳能电池的方法
CN111048666B (zh) * 2019-11-20 2021-06-22 上海大学 一种用溶剂辅助制备垂直相分离活性层及光伏器件的方法
CN113540356B (zh) * 2021-06-08 2024-04-05 中国科学院大学 一种对于近红外光具有高探测率的自驱动有机光电探测器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105206746A (zh) * 2015-09-23 2015-12-30 电子科技大学 基于三元溶剂系统的有机薄膜太阳能电池及其制备方法
CN105870343A (zh) * 2016-05-27 2016-08-17 重庆文理学院 一种提高有机聚合物光伏电池效率的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105206746A (zh) * 2015-09-23 2015-12-30 电子科技大学 基于三元溶剂系统的有机薄膜太阳能电池及其制备方法
CN105870343A (zh) * 2016-05-27 2016-08-17 重庆文理学院 一种提高有机聚合物光伏电池效率的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Effects of solvent mixtures on the nanoscale phase separation in polymer solar cells";Yan Yao等;《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》;20080610;第18卷;第1783-1789页
"Sequential Processing for organic photovoltaics:Design rules for morphology control by tailored semi-orthogonal solvent blends";Jordan C等;《ADVANCED ENERGY MATERIALS》;20150126;第5卷(第11期);第1402020（1-11）页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106410033A (zh) 2017-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kuwabara et al. Inverted type bulk-heterojunction organic solar cell using electrodeposited titanium oxide thin films as electron collector electrode
CN106410033B (zh) 一种聚合物薄膜及其制备方法与应用
CN106549105B (zh) 一种共轭富勒烯/石墨烯薄膜太阳能电池及其制备方法
CN104934540A (zh) 一种塑基高导电pedot:pss薄膜电极及其制备方法与应用
CN104051580B (zh) 硅太阳能电池及其制备方法
CN111883659A (zh) 一种基于逐步沉积法制备的高效三元有机太阳电池
CN103151463B (zh) 一种有机太阳能电池及其制备方法
Wang et al. Easily-accessible fullerenol as a cathode buffer layer for inverted organic photovoltaic devices
Li et al. Ternary organic solar cells based on ZnO-Ge double electron transport layer with enhanced power conversion efficiency
CN112646129B (zh) 含苯并双噻二唑的n型水/醇溶共轭聚电解质及其制备与应用
CN101494255B (zh) 一种基于窄带隙共轭聚合物的薄膜太阳能电池的制备方法
CN105470396A (zh) 一种基于聚芴阴极界面自组装阳极等离子体共振效应的有机太阳能电池及其制备方法
CN102790177B (zh) 聚合物太阳能电池及其制备方法
CN102769102A (zh) 一种可溶液加工的太阳能电池阳极修饰材料及其修饰方法
CN106848066A (zh) 一种提高有机太阳能器件光电转换效率和光热稳定性的方法
Lee et al. A crucial factor affecting the power conversion efficiency of oxide/metal/oxide-based organic photovoltaics: Optical cavity versus transmittance
CN103145956B (zh) 一种侧链含氟聚噻吩及用于提高反向有机太阳能电池电极功函的方法
CN110379927A (zh) 一种有机太阳电池及其制备方法
CN106410041B (zh) 聚合物太阳能电池及制备方法
CN106449996B (zh) 一种基于洋葱碳纳米粒子/Ag复合电极的有机太阳能电池及其制备方法
CN104465991A (zh) 基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池及其制备方法
He et al. Solution-processed nickel compound as hole collection layer for efficient polymer solar cells
CN101901872B (zh) 一种聚合物太阳能电池光电活性层的处理方法
CN103928615A (zh) 一种自组装型聚合物太阳电池阴极修饰材料及其修饰方法
CN103400941A (zh) 基于杂多酸阳极修饰层的有机太阳能电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190503

Termination date: 20190831

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee