[發(fā)明專利]一種有機(jī)稀土固體膠束及其制備方法和提高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610004793.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN105440230B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐建國(guó);王蝶;沈文飛;王新芝;王瑤;黃林軍;劉繼憲;焦吉慶;王彥欣;王薇;宋燕;楊會(huì)會(huì);徐興勤;勞倫斯A·巴菲奧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F293/00
• 分類號(hào): C08F293/00;C08F8/42;C08F8/34;H01L51/42;C09K11/06
• 代理公司: 北京恒創(chuàng)益佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11556
• 代理人: 宋華

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及雜化材料技術(shù)和太陽(yáng)能電池制備技術(shù)的交叉領(lǐng)域，特別涉及一種有機(jī)稀土固體膠束及其制備方法、和提高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的方法。

背景技術(shù)：

稀土發(fā)光材料是一類很有發(fā)展前途的新型功能材料。自20世紀(jì)60年代稀土氧化物實(shí)現(xiàn)高純化后，稀土發(fā)光材料有了重大突破，被廣泛應(yīng)用于照明、顯示和檢測(cè)三大領(lǐng)域，迅速形成了極大的工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)規(guī)模，目前正向著新型領(lǐng)域擴(kuò)展。其中，有機(jī)稀土固體膠束的功能和應(yīng)用技術(shù)是21世紀(jì)化學(xué)化工的重要研究課題，而發(fā)光是有機(jī)稀土固體膠束光、電、磁三大功能中最突出的功能，因此，有機(jī)稀土固體膠束的研究和應(yīng)用具有格外重要的意義。

與此同時(shí)，太陽(yáng)能是一種環(huán)保的綠色能源，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能是各國(guó)科學(xué)界研究的熱點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)界開發(fā)、推廣的重點(diǎn)。與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池相比，聚合物太陽(yáng)能電池制作工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、成本低、重量輕、可制備成柔性器件。因此，聚合物太陽(yáng)能電池具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，是能源領(lǐng)域中最重要的研究方向。

在太陽(yáng)能電池的眾多種類中，高效率的聚合物太陽(yáng)能電池通常采用體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，即聚合物給體材料與受體材料形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)能夠增加給體與受體的接觸面積，彌補(bǔ)激子擴(kuò)散距離較短的缺陷，提高激子分離的效率和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的效率。同時(shí)由于聚合物太陽(yáng)能電池光能利用率不高，自由電子的遷移率低，電子空穴復(fù)合概率高，聚合物太陽(yáng)能電池的光轉(zhuǎn)化效率仍然遠(yuǎn)低于無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池的光轉(zhuǎn)化效率。在傳統(tǒng)的聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)中，增加聚合物太陽(yáng)能電池光活性層的厚度可以增加光能的吸收，但由于其自由電荷遷移率很低，增加電池光活性層的厚度必然引起導(dǎo)出自由電荷的能力下降，增加的光能并不能高效率地轉(zhuǎn)化為電能，因此，如何在不增加光活性層厚度的前提下提高光能的吸收是一個(gè)重要的研究課題。

有機(jī)稀土固體膠束可以吸收光能，4f軌道電子發(fā)生躍遷能夠產(chǎn)生很強(qiáng)的熒光，其紫外吸收范圍較寬，能夠吸收更多的光能，可以在不增加聚合物太陽(yáng)能電池光活性層厚度的情況下增加光吸收，從而增加聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，目前，如何利用有機(jī)稀土固體膠束的熒光性能來(lái)提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率具有重要的研究?jī)r(jià)值，也為稀土發(fā)光材料的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。

現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展中，中國(guó)專利200910084684.7號(hào)公開了一種聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層的處理方法，將光活性層暴露于氯仿和/或鄰二氯苯的蒸汽中，保持0.1-20小時(shí)，該方法雖能有效提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，但是操作不當(dāng)極易將光活性層氧化，破壞光活性層的結(jié)構(gòu)，影響電池的電學(xué)性能；中國(guó)專利200910085656.7號(hào)公開了一種摻雜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的聚合物太陽(yáng)能電池光活性層的制備方法，將Pb、Cd或Zn的無(wú)機(jī)鹽溶液與鄰二氯苯進(jìn)行混合，然后旋涂制膜，將所得薄膜置于H₂S或H₂Se氣氛中處理10-120分鐘，該法引入無(wú)機(jī)鹽，增加成本，穩(wěn)定性差，極易破壞光活性層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低光電轉(zhuǎn)化效率；中國(guó)專利201410336868.9號(hào)公開了一種高效率聚合物太陽(yáng)能電池，其結(jié)構(gòu)自上而下依次是玻璃基板、FTO陽(yáng)極層、介孔二氧化鈦納米層、聚合物活性層、鋁陰極層，該結(jié)構(gòu)在制備過程中，在電子傳輸層或空穴傳輸層中設(shè)有納米顆粒，能夠限制其表面等離子效應(yīng)，影響電池的光電轉(zhuǎn)化效率。目前為止，還沒有關(guān)于將有機(jī)稀土固體膠束用于太陽(yáng)能電池的相關(guān)報(bào)道及相關(guān)專利，由此，在不破壞光活性層結(jié)構(gòu)的前提下，利用有機(jī)稀土固體膠束提高聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率變的尤為重要。

中國(guó)專利201210260336.2也公開了一種聚合物-稀土離子發(fā)光膠束的制備方法，但是其制備的聚合物-銪離子膠束粒徑在100nm以上，本發(fā)明采用新型的兩親性二嵌段聚合物和有機(jī)共軛小分子2-噻吩甲酰三氟丙酮與稀土離子進(jìn)行自組裝絡(luò)合成球，大大地減小了有機(jī)稀土固體膠束的尺寸(10-20nm)，為其后期的應(yīng)用拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如聚合物太陽(yáng)能電池等。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種制備具有有機(jī)發(fā)光材料的聚合物太陽(yáng)能電池的方法，將有機(jī)稀土固體膠束旋涂在體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池(HJPSC)的ITO層之上，利用有機(jī)稀土固體膠束的熒光發(fā)射特性增大太陽(yáng)能電池的光吸收強(qiáng)度，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制備工藝包括下列步驟：