[發明專利]一種基于鹵代石墨烯量子點多元共混體系有機太陽能電池

有效

• 申請號: 201811153938.1
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109346605B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 陳木成
• 申請（專利權）人: 恒力（廈門）石墨烯科技產業集團有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
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• 代理人: 暫無信息

本發明屬于新能源領域，公開了一種鹵代石墨烯量子點多元共混體系有機太陽能電池。其特征是有機太陽能電池的活性層由共軛聚合物給體材料、富勒烯衍生物受體材料、鹵代石墨烯量子點受體材料和貴金屬納米顆粒多元體系混合構成。通過鹵代石墨烯量子點有效控制貴金屬納米顆粒的生長尺寸，利用石墨烯量子點優異的載流子遷移率以及可溶性加工制造的優點，并結合貴金屬納米顆粒的局域等離激元共振效應，不僅增強了活性層有效吸收截面，而且提高有機太陽能電池活性層激子分離效率和載流子遷移率，使得相應的有機太陽能電池的光電轉化效率大大增強。

技術領域

本發明屬于新能源領域，尤其涉及一種基于鹵代石墨烯量子點多元共混體系有機太陽能電池。

背景技術

隨著有機太陽能電池的研究越來越深入，需要進一步提高有機半導體材料及器件的光電性能，以滿足人們對光電子器件的更大需求。然而，光電轉換效率(PCE)較低大大阻礙了有機太陽能電池的工業化發展。而有機太陽能電池電池中功率轉換效率低是歸因于低的激子分離效率和低的載流子遷移率，這與活性層內給受體材料的種類和電荷載流子的遷移率有關。因此如何提高載流子遷移率和激子分離效率是目前有機太陽能電池急需解決的問題。

國內外科研人員發現，石墨烯量子點具有優異的載流子遷移率，熱穩定性、化學穩定性以及可溶液加工制造的優點，因此可以將石墨烯量子點作為輔助有機太陽能電池活性層中電荷傳輸的理想材料。與此同時，石墨烯量子點良好的電負性使其具有電子接受能力，通過摻雜官能化調節其能帶結構使得石墨烯量子點可以作為電子受體材料，用于有機太陽能電池活性層可以提升激子分離效率，進一步提升有機太陽能電池的效率。

需要注意的是，在有機電池的結構設計中，電池活性層(吸收光子并產生電子-空穴對的區域)厚度一般比較薄(低于100nm)，以便于激子在復合前能被有效收集。而隨著活性層的減薄，必然帶來光吸收不充分的問題，采用合理的光捕獲策略以便于提高太陽能電池效率是十分必要和迫切的。利用貴金屬顆粒的表面等離激元激發現象可以形成很強的電場局域和增強，可對散射光的方向進行有效調控，對增強光伏器件性能具有重要的作用。有研究表面，貴金屬納米顆粒位于活性層中，可以有效利用激發貴金屬納米的局域等離激元共振，在貴金屬納米顆粒附近產生強的近場電場增強，以增強活性層有效吸收截面。

另外，活性層中給體材料和受體材料晶區的純度、晶疇的大小在很大程度影響著有機太陽能電池活性層的激子分離效率和載流子傳輸效率，從而決定了有機太陽能電池器件性能的好壞。研究發現對于有機太陽能電池而言，給體或受體材料的晶疇尺寸為10-30nm時易于獲得較高的光電轉化效率，因此如何控制石墨烯量子點和貴金屬納米顆粒的尺寸大小，并保證貴金屬良好的分散性減小局部團聚現象的產出也是廣大研究者關注的重點和難點。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于鹵代石墨烯量子點多元共混體系有機太陽能電池。本發明通過鹵代石墨烯量子點有效控制貴金屬納米顆粒的生長尺寸，利用石墨烯量子點優異的載流子遷移率以及可溶性加工制造的優點，并結合貴金屬納米顆粒的局域等離激元共振效應，不僅解決了貴金屬納米顆粒的分散問題，同時增強了活性層有效吸收截面，而且提高有機太陽能電池活性層激子分離效率和載流子遷移率，使得相應的有機太陽能電池的光電轉化效率大大增強。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種基于鹵代石墨烯量子點多元共混體系有機太陽能電池，包括有機太陽能電池活性層，有機太陽能電池活性層由共軛聚合物給體材料、富勒烯衍生物受體材料、鹵代石墨烯量子點受體材料和貴金屬納米顆粒多元體系混合構成，使用此多元共混體系作為活性層的有機太陽能電池，其活性層制備的具體步驟為：

S01：將鹵代改性石墨烯量子點與貴金屬前驅體分散在體積比為1-10∶1的乙醇和水的混合溶液水浴加熱攪拌反應0.1-3h，水浴溫度為40-80℃。