[發明專利]基于石墨烯量子點的三體系有機光伏器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201210467633.4
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN103022357A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李福山;郭太良;寇麗杰;徐勝;陳偉;張永志;吳朝興
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及基于石墨烯量子點的三體系有機光伏器件及其制備方法。

背景技術

在可再生能源中，太陽能屬于取之不盡的清潔能源，同其他新能源如水能、風能等相比，太陽能具有不受地域限制、無噪音、無污染等優勢。目前，在太陽能電池器件中以硅為代表的無機太陽能電池具有很多優點，如自然界含量豐富、吸收光譜寬、能量轉換高等，得到較多重視。但是單晶無機半導體器件制造成本昂貴，且比較脆弱沒有柔性，需要堅實的襯底支撐。同時其窄帶隙特性使其光腐蝕現象嚴重，影響電池的使用壽命。有機薄膜太陽能電池憑借其柔韌性高、制作成本低以及可得到大面積均勻膜層等無機太陽能電池無法相比的優點，日益受到研究者的關注并不斷發展。

有機太陽能電池的研究始于1959年，1986年鄧青云博士報道的雙層結構染料光伏器件首次在有機光伏（OPV）器件中引入了電子給體和電子受體有機雙層異質結，使光致激子的解離效率得到提高。1992年共軛聚合物作為電子給體和C60作為電子受體的體系的研究發現，使聚合物太陽能電池的研究成為熱點。但是，目前在研究和報道的有機光伏器件的光活性層都屬于兩元結構，多用噻吩材料或聚合物MEH-PPV、PDCDA等作為給體，C60及其衍生物作為受體形成典型的雙異質結構，其功率轉換受限于所用給體受體材料本身的能級結構和電荷輸運能力，僅兩元體系很難得到比較大的轉換效率。

發明內容

基于兩元體系活性層器件較難大幅度提高器件轉換效率問題，本發明的目的提供一種基于石墨烯量子點的三體系活性層有機光伏器件及其制備方法，本發明通過引入石墨烯量子點實現三元體系活性層，有效提高有機光伏器件的功率轉換效率。

本發明采用以下方案實現：一種基于石墨烯量子點的三體系有機光伏器件，其特征在于：該有機光伏器件采用石墨烯量子點與聚合物給體、受體混合形成三體共存體系作為有機活性層，該有機光伏器件的結構由下至上依次為：襯底、陽極、陽極緩沖層、三體系有機活性層、陰極修飾層、陰極。

在發明一實施例中，采用聚3已基噻吩（P3HT）作為給體元，?富勒烯衍生物PCBM作為受體元，石墨烯量子點作為第三元。

在本發明一實施例中，所述三體系有機活性層中所用給體與受體是按照質量比1:0.6~1:1溶于含有石墨烯量子點的氯苯中配成溶質濃度為16~24mg/ml的混合溶液。

在本發明一實施例中，所述三體系有機活性層厚度為50~450nm。

本發明的另一目的是提供一種基于石墨烯量子點的三體系有機光伏器件的制備方法；該方法包括以下操作步驟：

（1）在大氣環境下，在通過丙酮、酒精、去離子水依次超聲清洗干燥得到的陽極基板上，以轉速3000~7000r/s旋涂聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)溶液，時間為20~50s，并在120~180℃下熱處理2~10分鐘；

（2）在旋涂有PEDOT:PSS的導電玻璃上以轉速300~1500r/s旋涂權利要求3所述的混合溶液，時間為20~50s；

（3）在真空度1×10^-3~6×10^-3?Pa的環境下采用熱蒸發法依次蒸鍍陰極修飾層和陰極材料，兩者厚度分別為0.3~1.5nm、70~200nm，蒸鍍速率分別為0.01~0.2nm/s、0.5~3nm/s。

在本發明一實施例中，所述步驟（2）所用三體系混合溶液在旋涂之前經過磁力攪拌6~20小時。

本發明具有如下優點和有益效果：

（1）?????????在目前研究的有機光伏器件的二元活性層中添入石墨烯量子點作為第三元形成體系，可以提高光致激子的解離效率以及向兩極輸運的速率，從而提高器件的短路電流，有效提高太陽能電池的能量轉換效率。

（2）?????????通過氯苯萃取方法引入的石墨烯量子點具有一致的納米級尺寸，且可以與常用有機給體、受體材料充分混合，保證器件生產過程的的重復性和器件的穩定性。

（3）?????????制備器件方法中在制備有機活性層時只需一步旋涂即可實現三元體均勻成膜，降低太陽能電池的制備成本，且制備操作簡單，生產容易控制。

附圖說明

圖1是本發明提供的基于石墨烯量子點的三體系活性層有機光伏器件的結構示意圖。

圖2是本發明實施例提供的基于石墨烯量子點的三體系活性層有機光伏器件的制備流程圖。