一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池制造技术

本发明专利技术公开了一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，包括依次叠加的阳极（1），活性层（3），阴极（4），电池还包括石墨烯层（2），石墨烯层（2）位于活性层（3）与阳极（1）之间，或者位于活性层（3）与阴极（1）之间。所述活性层（3）为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物与[6,6]‑苯基‑C61‑丁酸异甲酯的共混结构。加入石墨烯层（2）作为空穴传输层后，有机聚合物太阳电池的空穴迁移率和光电转换效率均有大幅度的提高。此技术方案较为适合以金或铝作为阴极的有机聚合物太阳电池。

An organic polymer solar cell containing graphene

The invention discloses an organic polymer solar cell containing graphene, comprising an anode (1), an active layer (3), a cathode (4) which is successively superimposed, and a graphene layer (2), a graphene layer (2) between an active layer (3) and an anode (1), or between an active layer (3) and a cathode (1). The active layer (3) is a blend structure of conjugated polymer with thiophene and its derivatives as main chains and Isomethyl butyrate of [6,6]phenyl_C61_butyrate. When graphene layer (2) was added as the hole transport layer, the hole mobility and photoelectric conversion efficiency of organic polymer solar cells were greatly improved. This technology is more suitable for organic polymer solar cells with gold or aluminum as cathode.

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池
本专利技术属于光电材料
，更具体地，涉及一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池。
技术介绍
有机聚合物太阳电池因其具有成本低廉、工艺简单、原料来源丰富且环保等特点，一直以来都是光伏领域的研究热点，同时，其器件本身又具有可制备成柔性、轻便、半透明电池等优势，因此吸引了国内外研究者的广泛关注和研究。目前，有机聚合物太阳电池活性层材料主要为体相异质结结构，活性层材料是由给体和受体材料形成均匀混合的、双连续的互穿网络。一般而言，活性层材料给体材料为含芳稠环的共轭聚合物，受体材料为[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯衍生物(PCBM)。相比于无机硅太阳电池，有机聚合物太阳电池光电转换效率较低，其中一个重要原因在于给体材料中的空穴迁移率较低。通常空穴在给体材料中的迁移率大概在10-6～10-4cm2V-1s-1，多数在10-6～10-5cm2V-1s-1，而电子在受体材料中的迁移率最大可达到10-2cm2V-1s-1。较低的空穴迁移率易导致空穴在给体中传输过程中淬灭，从而影响太阳电池最终效率。因此，提升活性层材料中给体材料中空穴传输率具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，相比于传统的有机聚合物太阳电池，该种电池的光电转换效率大大提高。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，包括依次叠加的阳极1，活性层3，阴极4，所述电池还包括石墨烯层2，石墨烯层2位于活性层3与阳极1之间，或者位于活性层3与阴极4之间。令人意外的发现，在活性层3与阳极1、或者活性层3与阴极4之间铺一层石墨烯结构，可以有效提升太阳电池空穴迁移率，从而提升光电转换效率。进一步的，一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，其中所述活性层3为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物与[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯的共混结构，其中以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物结构如下：以及上述一种或者几种聚合物组合后的嵌段聚合物；其中R1、R2、R3为C1-C22的烷基或者C1-C22的烷氧基，所述烷基或者烷氧基为直链、支链或者环状，其中一个或多个碳原子可以被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基取代，氢原子可被卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代；n取值范围为20-100。进一步的，一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，其中所述阴极4材料为金或者铝。进一步的，一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，其特征在于，所述活性层(3)为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物与[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯的共混结构，其中以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物结构如下：其中，R1、R2为C1-C22的烷基或者C1-C22的烷氧基，所述烷基或者烷氧基为直链、支链或者环状。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：作为活性层材料之一的噻吩及其衍生物共轭聚合物材料，相比起其它共轭聚合物作为活性层材料，更易形成便于空穴传输的通道，从而空穴传输率会更高。石墨烯材料具有规整排列的二维平面结构，易于空穴在石墨烯材料中的传输，并且石墨烯与噻吩及其衍生物的共轭聚合物作为的活性层材料相容性均较为优异，因此可进一步加强空穴在石墨烯材料中的传输，从而提升空穴迁移率。附图说明图1为一种含石墨烯的有机太阳电池的结构示意图。1——阳极；2——石墨烯层；3——活性层；4——阴极图2为另一种含石墨烯的有机太阳电池的结构示意图。1——阳极；2——石墨烯层；3——活性层；4——阴极图3为实施例1以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图4为实施例2以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图5为实施例3以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图6为实施例7活性层材料BT-A结构示意图。图7为实施例7活性层材料QB-A结构示意图。图8为实施例7活性层材料TZ-A结构示意图。图9为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图10为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图11为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图12为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图13为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图14为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图15为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图16为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。图17为实施例9以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。实施例1一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，结构如说明书附图1所示。其中阳极1采用氧化铟锡，活性层3为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物与PCBM的共混结构，共混比为1：1；活性层3厚度为40nm，石墨烯层2厚度为10nm，阴极4采用金。对比实施例1设置了结构与实施例1完全一样的有机太阳电池结构，区别在于未加入石墨烯层2。所得空穴迁移率与太阳电池最终光电转换效率如下：空穴迁移率(cm2V-1s-1)光电转换效率(PCE％)实施例14.1×10-53.4对比实施例15.3×10-62.0实施例2一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，结构如说明书附图1所示。其中阳极1采用氧化铟锡，活性层3为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物与PCBM的共混结构，共混比为1：10；活性层3厚度为40nm，石墨烯层2厚度为20nm，阴极4采用铝。对比实施例2设置了结构与实施例2完全一样的有机太阳电池结构，区别在于未加入石墨烯层2。所得空穴迁移率与太阳电池最终光电转换效率如下：空穴迁移率(cm2V-1s-1)光电转换效率(PCE％)实施例28.2×10-55.4对比实施例25.8×10-63.2实施例3一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，结构如说明书附图1所示。其中阳极1采用氧化铟锡，活性层3为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物与PCBM的共混结构，共混比为1：0.1；活性层3厚度为100nm，石墨烯层2厚度为100nm，阴极4采用铝。对比实施例3设置了结构与实施例3完全一样的有机太阳电池结构，区别在于未加入石墨烯层2。所得空穴迁移率与太阳电池最终光电转换效率如下：空穴迁移率(cm2V-1s-1)光电转换效率(PCE％)实施例39.7×10-55.8对比实施例34.4×10-63.0实施例4一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，结构如说明书附图2所示。其中阳极1采用氧化铟锡，活性层3为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物与PCBM的共混结构，共混比为1：1；活性层3厚度为40nm，石墨烯层2厚度为10nm，阴极4采用金。对比实施例4设置了结构与实施例4完全一样的有机太阳电池结构，区别在于未加入石墨烯层2。所得空穴迁移率与太阳电池最终光电转换效率如下：空穴迁移率(cm2V-1s本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，其特征在于，包括依次叠加的阳极(1)，活性层(3)，阴极(4)，电池还包括石墨烯层(2)，石墨烯层(2)位于活性层(3)与阳极(1)之间，或者位于活性层(3)与阴极(4)之间。

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，其特征在于，包括依次叠加的阳极(1)，活性层(3)，阴极(4)，电池还包括石墨烯层(2)，石墨烯层(2)位于活性层(3)与阳极(1)之间，或者位于活性层(3)与阴极(4)之间。2.根据权利要求1所述一种含石墨烯的有机聚合物太阳电池，其特征在于，所述活性层(3)为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物与[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯的共混结构，其中以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物结构如下：以及上述一种或者几种聚合物组合后的嵌段聚合物；其中R1、R2、R3为C1-C22的烷基或者C1-C22的烷氧基，所述烷基或者烷氧基为直链、支链或者环状，其中一个或多个碳原子可以被...

【专利技术属性】
技术研发人员：林荣铨，
申请(专利权)人：林荣铨，
类型：发明
国别省市：湖南,43