[發明專利]一種含石墨烯的有機太陽電池活性層材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810563377.6
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108922969A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 林前鋒
• 申請（專利權）人: 湖南國盛石墨科技有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;C08L65/00;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重;單香杰

本發明公開了一種含有石墨烯的有機太陽電池活性層材料的制備方法。具體步驟為：A．將以噻吩及其衍生物為主鏈的共軛聚合物與石墨烯混合形成給體材料，將上述給體材料加熱溶解在高沸點溶劑中形成溶液Q；B．惰性氣體保護下和加熱下，將溶液Q趁熱過濾，并避光保存，保存時間≤24h；C．將濾液與PCBM共混，在100~140℃下，以20r/min~120r/min的攪拌速率下攪拌12?20h，得到活性層材料溶液。通過向太陽電池活性層材料中加入石墨烯，對于提升活性層材料的空穴傳輸率具有正面效果。

技術領域

本發明屬于光電材料技術領域。更具體地，涉及一種含石墨烯的有機太陽電池活性層材料的制備方法。

背景技術

有機聚合物太陽電池因其具有成本低廉、工藝簡單、原料來源豐富且環保等特點，一直以來都是光伏領域的研究熱點，同時，其器件本身又具有可制備成柔性、輕便、半透明電池等優勢，因此吸引了國內外研究者的廣泛關注和研究。

目前，有機太陽電池活性層材料主要為體相異質結結構，活性層材料是由給體和受體材料形成均勻混合的、雙連續的互穿網絡。一般而言，活性層材料給體材料為含芳稠環的以噻吩及其衍生物為主鏈的共軛聚合物，受體材料為[6,6]-苯基-C61-丁酸異甲酯衍生物(PCBM)。相比于無機硅太陽電池，有機聚合物太陽電池光電轉換效率較低，其中一個重要原因在于給體材料中的空穴遷移率較低所致。通常空穴在給體材料中的遷移率大概在10^-6～10^-4cm²V^-1s^-1，多數在10^-6～10^-5cm²V^-1s^-1，而電子在受體材料中的遷移率最大可達到10^-2cm²V^-1s^-1。較低的空穴遷移率易導致空穴在給體中傳輸過程中淬滅，從而影響太陽電池最終效率。因此，提升活性層材料中給體材料中空穴傳輸率具有重要意義。

發明內容

本發明旨在客服上述現有技術的不足，提供一種含石墨烯的有機太陽電池活性層材料的制備方法。

具體的，本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種含有石墨烯的有機太陽電池活性層材料的制備方法，包括如下步驟：

A.將以噻吩及其衍生物為主鏈的共軛聚合物與石墨烯混合形成給體材料，將上述給體材料加熱溶解在高沸點溶劑中形成溶液Q；

B.惰性氣體保護下和加熱下，將溶液Q趁熱過濾，并避光保存，保存時間≤24h；

C.將濾液與PCBM共混，在100～140℃下，攪拌后得到活性層材料溶液；

D.將活性層材料溶液旋涂成膜；

其中，所述以噻吩及其衍生物為主鏈的以噻吩及其衍生物為主鏈的共軛聚合物分子式如下所示：

以及上述一種或者幾種聚合物組合后的嵌段聚合物；

進一步的，一種含有石墨烯的有機太陽電池活性層材料的制備方法，其中R₁、R₂、R₃可為C1-C22的烷基或者C1-C22的烷氧基，所述烷基或者烷氧基為直鏈、支鏈或者環狀，其中一個或多個碳原子可以被氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基取代，氫原子可被鹵素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代；n取值范圍為20-100。其中，所述以噻吩及其衍生物為主鏈的共軛聚合物和石墨烯的質量比為1：(0.01-0.1)，給體材料與PCBM的質量比為1：1～1：6。

進一步的，一種含有石墨烯的有機太陽電池活性層材料的制備方法，其中所述高沸點溶劑與給體材料質量比為：10：1～100：1。