[發明專利]一種基于液橋現象制備有機太陽能電池活性層的方法

在審

• 申請號: 202010580754.4
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN113838978A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 王京霞;岳鈺琛;武萍萍;霍利軍;江雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48;H01L51/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 高東麗

本發明公開了一種基于液橋現象制備有機太陽能電池活性層的方法，包括如下步驟：將包括有給體材料向列相液晶分子的活性層溶液滴加至疏水模板上，使ITO玻璃旋涂有ZnO層的一側靠近疏水模板，直至與活性層溶液相接觸，在疏水模板和ITO玻璃之間形成液橋；然后烘干活性層溶液中的溶劑，取下疏水模板，得到包括具有取向性向列相液晶的活性層。該方法可實現給體材料向列相液晶分子的有序取向，提高電荷在分子π?π堆積方向上的傳輸，提高有機太陽能電池的短路電流(Jsc)和能量轉換效率(PCE)。同時本發明還提供了基于液橋現象的向列相液晶取向方法。

技術領域

本發明涉及有機太陽能電池的制備。更具體地，涉及一種基于液橋現象制備有機太陽能電池活性層的方法。

背景技術

液晶具有強誘電性及光學各向異性，當受到電場、磁場、光和熱等外界刺激時， 會改變分子的排列方向，具有特殊的光電性能。在當前的有機半導體研究領域中，具 有液晶性能的有機小分子由于其良好的溶液加工性能和分子有利于取向排列等特點， 近年引起了領域內專家學者廣泛的研究興趣。

傳統的液晶取向方法是摩擦法，但摩擦法會產生大量靜電荷、灰塵及機械劃痕，會對液晶顯示器件和薄膜晶體管陣列造成損害；非接觸的光取向技術需要設計特殊的 光敏聚合物分子，或需要復雜的取向層涂刷過程；電場和磁場也能對液晶分子進行取 向，但這兩種方法都對設備有很高的要求，難以實現大規模應用；綜上所述，目前現 有的液晶分子取向方法都很難應用于有機光電器件的大規模制備過程中，對于有機光 電器件中的液晶分子的大面積取向及取向調控仍是一個技術挑戰。

因此，需要提供一種適用于包含有液晶分子的有機太陽能電池活性層制備的方法。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種基于液橋現象制備有機太陽能電池活性層的方法，該制備方法可以實現向列相液晶分子在活性層中的取向組裝，有利于提高有機太 陽能電池的短路電流(Jsc)和能力轉換效率(PCE)。

本發明的另一個目的在于提供一種向列相液晶的取向方法，該方法是基于液橋現象實現的。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

第一方面，本發明提供一種基于液橋現象制備有機太陽能電池活性層的方法，包括如下步驟：

將包括有給體材料向列相液晶分子的活性層溶液滴加至疏水模板上，使ITO玻璃旋涂有ZnO層的一側靠近疏水模板，直至與活性層溶液相接觸，在疏水模板和ITO玻 璃之間形成液橋；然后烘干活性層溶液中的溶劑，取下疏水模板，得到包括具有取向 性向列相液晶的活性層。

可選地，所述疏水模板表面的水接觸角為140°-160°范圍內；所述ITO玻璃旋涂 有ZnO層一側表面的水接觸角為30°-40°。

本發明中，ITO玻璃旋涂有ZnO層的一側具有親水的表面，與疏水模板間具有浸 潤性差異，活性層溶液在兩者之間形成微型毛細液橋，控制活性層溶液在ITO玻璃和 疏水模板的限域界面中的空間分布狀態、呈現的形態以及浸潤狀態，從而實現活性層 溶液在退浸潤過程中的精準調控和給體材料向列相液晶分子的取向。給體材料向列相 液晶分子的有序取向，可提高電荷在分子π-π堆積方向上的傳輸，有利于活性層P-N 結間空穴和電子的拆分以及轉移，提高有機太陽能電池的短路電流(Jsc)和能量轉換 效率(PCE)。

結合圖1(a)，可以清晰的看到在本發明提供的基于微型毛細液橋現象制備有機太陽能電池活性層的過程中，將活性層溶液滴加在經過超疏水處理的帶有結構的疏水 模板上，活性層溶液自發的釘粘在模板表面，并形成固液接觸角θ₁，然后將經過親水 處理的旋涂有ZnO層的基底ITO玻璃倒扣在滴加活性層溶液的模版表面。由于活性層 溶液兩側的不對稱浸潤性的存在(模版疏水側θ₁，ITO玻璃親水側θ₂)，使得活性層溶 液在硅柱之間的縫隙被排斥，從而形成多個微型毛細液橋。