一种含石墨烯的叠层有机物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叠层有机物聚合物太阳电池，包括依次叠加的阴极（1），顶端活性层（2），中间电极（3），底端活性层（4），阳极（5），电池还包括石墨烯层（6），石墨烯层（6）位于中间电极（3）和底端活性层（4）之间，或者位于顶端活性层（2）和中间电极（3）之间。加入适当厚度的石墨烯层（6）后，叠层有机物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。

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池
本专利技术属于光电材料
更具体地，涉及一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池。
技术介绍
有机太阳电池结构经历了单层、双层、共混结构的变化，每次器件结构的改变，都能使器件能量转换效率大幅度提高。1995年研究人员将给体材料(donor，D)聚合物与受体材料(acceptor，A)富勒烯共混制成了共混结构的本体异质结聚合物太阳电池。与单层、双层聚合物太阳电池相比，共混结构太阳电池增加了D/A相的界面面积，减少了光生激子的扩散距离，增加了光生激子的分离，D/A的互穿网络也极大地提高了器件中电荷的传输能力，光生载流子在到达相应的电极前被重新复合的概率大为降低。聚合物太阳电池的能量转换效率大幅度地提高，这使得聚合物太阳电池引起了人们的高度重视。但与无机半导体太阳电池以及与可能转化应用的要求相比，有机太阳电池能量转换效率还比较低，进一步提高能量转换效率是当前聚合物太阳电池研究的重点。目前聚合物太阳电池存在的主要问题包括：1)聚合物材料吸收光谱与太阳光谱不匹配，这使得太阳光利用率低，器件的短路电流不高。2)聚合物材料中电荷载流子迁移率低(一般为10-5cm2＝V·s)，使得聚合物太阳电池中电荷传输效率低，光生电荷复合较大。太阳光波长范围一般在350-1500nm之间，在700nm处能量最强。为了有效地俘获太阳能，聚合物能隙应该在1.8eV以下，同时活性层的厚度尽可能地增加，以便吸收更多的太阳光，但有机材料中电荷载流子迁移率不高，限制了活性层的厚度，过大的活性层的厚度会增加器件中电荷的复合，从而严重地降低器件的填充因子。器件结构的改变是提高其性能的一个重要方面，叠层结构太阳电池的制备能较好地克服以上的不足。利用中间连接层可将不同吸收波段的聚合物叠加串联(或并联)起来，既能够增加太阳光的吸收，又能够提高太阳电池的开路电压(或短路电流)，器件的性能也会相应大幅度地增加。叠层结构的太阳电池在无机太阳电池及染料敏化太阳电池已被人们高度重视并加以研究，叠层结构可以有效地提高太阳电池的能量转换效率。
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叠层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。令人意外的发现，在叠层有机物聚合物太阳电池的两层材料之间加镀一层石墨烯层，可以进一步提高叠层有机物聚合物太阳电池的空穴传输率和光电转化效率。具体实施方案如下所述：一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，包括依次叠加的阴极1，顶端活性层2，中间电极3，底端活性层4，阳极5，电池还包括石墨烯层6石墨烯层6位于中间电极3和底端活性层4之间，或者位于顶端活性层2和中间电极3之间。进一步的，一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，其中所述阴极1为金或铝。进一步的，一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，其中所述中间电极3为金或铝。进一步的，一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，其中所述顶端活性层2、底端活性层4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(PCBM)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可为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，一种含石墨烯的叠层有机聚合物太阳电池，其中所述顶端活性层(2)和底端活性层(4)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，本专利技术具有以下有益效果：作为活性层材料之一的以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物材料，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，并且石墨烯与以噻吩及其衍生物为主链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为一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池的结构示意图。1——阴极；2——顶端活性层；3——中间电极；4——底端活性层；5——阳极；6——石墨烯层图2为另一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池的结构示意图。1——阴极；2——顶端活性层；3——中间电极；4——底端活性层；5——阳极；6——石墨烯层图3为实施例1和实施例6的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和实施例6的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和实施例6的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4的活性层材料BT-A结构示意图。图7为实施例4的活性层材料QB-A结构示意图。图8为实施例4的活性层材料TZ-A结构示意图。图9为实施例5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5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5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5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5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5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5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5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5以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物的结构示意图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。实施例1一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，结构如说明书附图1所示。其中阴极1采用金，顶端活性层2为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物(聚合物的结构示意见图3)与PCBM的共混结构，厚度为20nm，共混比为1：0.1；中间电极3采用金，厚度为1nm，底端活性层4为以噻吩及其衍生物为主链的共轭聚合物(聚合物的结构示意见图3)与PCBM的共混结构，厚度为20nm，共混比为1：0.1；石墨烯层6位于中间电极3和顶端活性层2之间，厚度为50nm，阳极5采用氧化铟锡。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6。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，区别在于阴极采用铜，中间电极采用钙。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17.3×10-54.5对比实施例14.5×10-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，其特征在于，包括依次叠加的阴极(1)，顶端活性层(2)，中间电极(3)，底端活性层(4)，阳极(5)，电池还包括石墨烯层(6)；石墨烯层(6)位于中间电极(3)和底端活性层(4)之间，或者位于顶端活性层(2)和中间电极(3)之间。

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，其特征在于，包括依次叠加的阴极(1)，顶端活性层(2)，中间电极(3)，底端活性层(4)，阳极(5)，电池还包括石墨烯层(6)；石墨烯层(6)位于中间电极(3)和底端活性层(4)之间，或者位于顶端活性层(2)和中间电极(3)之间。2.根据权利要求1所述一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，其特征在于，所述阴极(1)为金或铝。3.根据权利要求1所述一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，其特征在于，所述中间电极(3)为金或铝。4.根据权利要求1所述一种含石墨烯的叠层有机物聚合物太阳电池，其特征在于，所述顶端活性层(2)、底端活性层(4)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...

【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