[發明專利]一種有機薄膜深度方向垂直相分離的新表征方法

在審

• 申請號: 202210666386.4
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN115015141A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 侯曉清;徐婧謹;師鳴遙;李想
• 申請（專利權）人: 徐婧謹
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/33;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種有機薄膜深度方向垂直相分離的新表征方法，屬于有機太陽能電池技術領域，本發明通過氣體等離子體對有機層表面進行選擇性刻蝕，在表面被減薄之時表面以下有機分子不會發生氧化過程；根據朗伯比爾定律，將整個有機層的吸收光譜分為深度方向上幾個亞層的吸收光譜；通過吸收光譜受體特征峰的移動和后續的仿真模擬，可以表征深度方向組分分布，結晶度變化和傳輸能級變化等信息；相較于現有的表征手段而言，本發明具有成本低，測試速度快，易拓展等優點，能同時獲得多種信息，形貌信息全面，不會對深度方向樣品造成損傷，且能充分準確地表征深度方向分子構象和結晶性，有利于為了優化光伏薄膜的光電轉化效率奠定基礎。

技術領域

本發明涉及有機太陽能電池技術領域，尤其涉及一種有機薄膜深度方向垂直相分離的新表征方法。

背景技術

有機太陽能電池(OSCs)器件因為具備柔性、廉價、易加工等特點，所以具有良好的應用前景；然而，有機層薄膜在制備以及后處理過程中，發生垂直相分離，使活性層光學和電學特性分布(尤其是深度方向)非常復雜，會決定性地影響器件的性能，在不同的深度位置處(亞層)往往具有不同的分子構象、鏈取向、結晶性、微晶尺寸性質等，通過影響薄膜在不同位置處的微尺度性能決定了薄膜的宏觀性質；深度方向上的不均勻分子堆積會導致：1.能級在不同位置處的分散性；2.聚合物分子量和化學等規度具有多分散性；3.有機層中同時存在非晶相和結晶相，對應的光學吸收特性也有明顯差異；4.分子取向在薄膜表面和內部有所不同；因此，有機分子的化學、光學、電學特性在薄膜內部不同的深度位置處是各不相同的；除此之外，主流的器件結構為本體異質結，給體材料和受體材料需要組成良好的互穿網絡結構，才能最大限度減少能量損失；因此，為了優化光伏薄膜的光電轉化效率，需要分析太陽光是如何在薄膜中衰減的，以及光子的衰減位置和激子產生的位置；并且需要建立深度分辨的分子的構象，結晶度等參數與器件的光學性能和光伏性能的關系；

目前，現有表征手段難以充分準確地表征深度方向分子構象和結晶性，致使其如何影響有機層內光吸收和電荷傳輸，如何影響器件的光學性能和電學性能，缺乏足夠的深入的研究，且存在眾多局限性：如表征深度不足，表征的信息比較單一，無法同時獲得多種信息，形貌信息不全，對深度方向樣品造成損傷、效率低等；為此，我們提出一種有機薄膜深度方向垂直相分離的新表征方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，而提出的一種有機薄膜深度方向垂直相分離的新表征方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種有機薄膜深度方向垂直相分離的新表征方法，該方法基于直流電源、光源、等離子體真空倉、光纖、光譜儀和數據采集終端所構成的系統實現，其包括以下步驟：

1)制作OSCs器件，并將其有機層旋涂于基底上，同時將器件固定于原位；

2)通過直流電源啟動光源，利用紫外-可見分光光度計測試所述有機層的吸收光譜，通過光譜儀實時采集吸收光譜數據；

3)通過定制光纖將所述光源的光路引入電容耦合等離子體發生器中，利用等離子體對所述有機層表面進行選擇性刻蝕，將所述有機層從上表面刻蝕到下表面，并實時采集深度方向每一個亞層的吸收光譜變化，獲取到深度方向組分分布，同時將深度方向亞層吸收光譜按照刻蝕方向從上往下排列，通過特征吸收峰的移動計算深度方向結晶度的演化，獲取到深度方向結晶度變化；

4)利用光學模型和電學模型進行仿真模擬計算，計算出所述有機層內的深度方向能級分布和激子分布，最后模擬出器件的各種光伏參數。

進一步地，所述有機層采用共混物薄膜。

進一步地，所述深度方向組分分布獲取時，需計算兩個物理量，其分別為每個亞層的厚度和組分比；所述每個亞層的厚度采用最小二乘法來擬合。