[發(fā)明專利]一種還原氧化石墨烯?3,4,9,10?苝四甲酸鉀復(fù)合物及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510602655.0
• 申請(qǐng)日: 2015-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN105140407B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮萊;顧正艮;周東營(yíng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/46
• 分類號(hào): H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒,張淏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)光伏材料領(lǐng)域，涉及一種還原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四甲酸鉀復(fù)合物，其制備方法，及其作為陰極緩沖層材料在制備有機(jī)光伏器件，特別是有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池中的用途。

背景技術(shù)

有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池（Organic Polymer Solar Cell，OPSC）是一類新型薄膜太陽(yáng)能電池。這類電池具有柔性好、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)期將具有較好的商業(yè)化前景。近年來，這類電池的效率增長(zhǎng)較快，最新報(bào)道的疊層聚合物太陽(yáng)能電池的效率已經(jīng)達(dá)到11.3%。但是，這類電池的穩(wěn)定性仍有待提高，并且在生產(chǎn)成本方面也具有一定的壓縮空間。

具體而言，有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的陰極緩沖層一般采用金屬鈣或氟化鋰。由于這類材料的電子傳輸性能較好，并且其表面功函與常用的金屬鋁電極以及受體材料的LUMO能級(jí)都較為匹配，因此以鈣或氟化鋰作為陰極緩沖層制備的器件的效率較高。但是，鈣或氟化鋰緩沖層均需通過真空蒸鍍或?yàn)R射的方法制備，制備成本較高。另外，由于這類材料對(duì)水及空氣都非常敏感，且易向光活性層擴(kuò)散，從而造成器件在空氣中效率衰減很快，穩(wěn)定性較差。

鑒于此，研究并開發(fā)一種具有較低的制備成本和較高的穩(wěn)定性的陰極緩沖層材料將具有重要的科研意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

石墨烯具有二維大π共軛結(jié)構(gòu)，可用于制備性質(zhì)可調(diào)的新型半導(dǎo)體材料。其中，還原氧化石墨烯（rGO）具有相對(duì)較高的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，是一種良好的電子傳輸材料。但是，由于還原氧化石墨烯的功函（4.4~4.5 eV）與鋁電極及受體材料的LUMO能級(jí)匹配較差，因此單純以還原氧化石墨烯作為陰極緩沖層（或電子傳輸層）制備的器件的效率很低。通過化學(xué)修飾或改性的方法可以降低石墨烯的功函，從而更有效地收集電子，可以作為陰極緩沖層（或電子傳輸層）應(yīng)用到有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池中。

本發(fā)明采用非共價(jià)鍵化學(xué)修飾的方法制備了還原氧化石墨烯與3,4,9,10-苝四甲酸鉀（K₄PTC）的復(fù)合物，方法簡(jiǎn)單，易于大量制備。由于該復(fù)合物在水或有機(jī)溶劑中的分散性較好，因此采用溶液法制備了厚度可控的陰極緩沖層，并用于構(gòu)筑有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池。所得器件不但電池效率較高，在空氣中的穩(wěn)定性較好，而且制備成本大幅降低。

一方面，本發(fā)明提供了一種還原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四甲酸鉀復(fù)合物的制備方法，其包括如下步驟：

1）將氧化石墨烯（GO）分散在水中，按照氧化石墨烯:3,4,9,10-苝四甲酸鉀（K₄PTC）=1:1.1~1.5的質(zhì)量比，加入3,4,9,10-苝四甲酸鉀并混合，得到混合液；

2）按照氧化石墨烯:硼氫化鈉=1:1.1~1.3的質(zhì)量比，向步驟1）中得到的混合液中加入硼氫化鈉（NaBH₄），加熱至回流，在攪拌條件下反應(yīng)3~4小時(shí)后冷卻至室溫，得到反應(yīng)液；

3）將步驟2）中得到的反應(yīng)液放入透析袋中透析2~3天，冷凍干燥透析袋中內(nèi)容物，得到還原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四甲酸鉀復(fù)合物。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟1）中所述氧化石墨烯通過Hummers法制得。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟1）中所述水為雙蒸水。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟1）中所述混合通過超聲或加熱攪拌的方式完成；更優(yōu)選的，所述超聲的時(shí)間為2~3小時(shí)；所述加熱攪拌的溫度為40~60℃，時(shí)間為8~12小時(shí)。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟3）中所述透析袋的截留分子量為1000。通過透析過程可以除去游離的、未吸附的K₄PTC及其他小分子鹽類，而將飽和吸附K₄PTC的rGO留在透析袋中，達(dá)到分離純化的效果。

另一方面，本發(fā)明提供了一種通過上述制備方法制備的還原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四甲酸鉀復(fù)合物。

最后一方面，本發(fā)明提供了上述還原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四甲酸鉀復(fù)合物作為陰極緩沖層在制備有機(jī)光伏器件，特別是有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池中的用途。