[發明專利]一種于氯苯溶液中生長Spiro-OMeTAD單晶的方法

有效

• 申請號: 202110206646.5
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113005524B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 賀卿;王杰;石東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C30B29/54
• 分類號: C30B29/54;C30B7/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種于氯苯溶液中生長Spiro?OMeTAD單晶的方法，包括以下步驟：首先使用氯苯溶液溶解Spiro?OMeTAD，其次使用特定波長的紫外光照射，最后再使用反溶劑氣相擴散輔助結晶法誘導Spiro?OMeTAD結晶，即可制得。通過本發明的方法可以制備出不含氯苯溶劑分子的Spiro?OMeTAD單晶，其是通過改變溶質分子在溶劑中的存在狀態進而改變結晶方式。該方法制備出的Spiro?OMeTAD單晶未使用傳統意義上的DMSO溶劑，所以不會溶解鈣鈦礦，因此克服了其在實際應用中的缺陷，使其作為空穴傳輸材料的光電子器件可以與鈣鈦礦太陽能電池的器件制備工藝相兼容。

技術領域

本發明涉及半導體材料技術領域，具體涉及到一種于氯苯溶液中生長Spiro-OMeTAD單晶的方法。

背景技術

Spiro-OMeTAD[2,2’,7,7’-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)9,9’-spirobifluorene]是一種具有螺旋中心的有機小分子半導體材料，在基于溶液成膜的光電子器件中有著廣泛的用途，也是當前眾多光伏器件和發光器件中的主導空穴傳輸載體。長期以來，因其玻璃化溫度較高，不利于其在溶液成膜或析出時結晶，因而在很大程度上阻礙了其內部分子間電荷的有效傳輸，因此制備具有特定分子取向排布的Spiro-OMeTAD單晶體是進一步提高其空穴傳輸性能的關鍵。在2015年，瑞士研究人員第一次制備出晶體，證明了Spiro-OMeTAD結晶的可能性，但是其制備晶體中包含溶劑分子。后來的研究人員利用反溶劑擴散析晶法成功制備出了純Spiro-OMeTAD的單晶，但是該方案中使用了強極性的二甲基亞砜作為溶劑，與當前基于Spiro-OMeTAD為空穴傳輸材料的光電子器件——如鈣鈦礦與染料敏化太陽能電池等無法兼容。因此，我們需要同時解決Spiro-OMeTAD的純相晶化以及其與光電子器件兼容的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種于氯苯溶液中生長Spiro-OMeTAD單晶的方法，可以在氯苯溶液中制備出Spiro-OMeTAD單晶，并且可以與當前基于溶液法成膜的器件工藝相兼容。

為達上述目的，本發明提供了一種于氯苯溶液中生長Spiro-OMeTAD單晶的方法，包括以下步驟：

將Spiro-OMeTAD粉末溶解于氯苯中，形成Spiro-OMeTAD溶液，經過濾后置于380-390nm的激光下浸泡1.0-1.5h，最后使用反溶劑氣相擴散輔助結晶法誘導Spiro-OMeTAD結晶，制得。

采用上述方案的有益效果是：通過氯苯溶劑溶解Spiro-OMeTAD，形成Spiro-OMeTAD溶液，直接對Spiro-OMeTAD溶液進行反溶劑氣相擴散輔助結晶法可以生長出包含氯苯溶劑分子的Spiro-OMeTAD共晶，再對同一批制備的溶液進行特定波長的充分光照處理后，利用反溶劑氣相擴散輔助結晶法生長出不含氯苯分子的Spiro-OMeTAD單晶，也就是純相Spiro-OMeTAD單晶。其中原因是，使用紫外光照射，可以導致單個Spiro-OMeTAD溶質分子的極性改變，使其具有偶極取向排布，這樣就會導致多個溶質分子聚合，并且又因為具有偶極取向排布分子間間距變小，所以會把氯苯溶劑分子從Spiro-OMeTAD分子之間擠出，這時再使用抗溶劑甲醇，降低氯苯的溶解度，達到飽和臨界點引發結晶得到的就是單晶而不是共晶。

進一步地，Spiro-OMeTAD溶液的濃度為3.0-4.0mg/mL。

進一步地，過濾的條件是：通過100μm的微孔膜。

進一步地，激光的波長的為385nm，浸泡時間為1h。

進一步地，反溶劑氣相擴散輔助結晶法誘導Spiro-OMeTAD結晶包括以下步驟：將浸泡后的溶液轉移至盛有反溶劑的容器內，在惰性氣體條件下，靜置，結晶。

進一步地，惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。

進一步地，反溶劑為甲醇。