本发明专利技术属于新能源领域，公开了一种卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池。其特征是有机太阳能电池的活性层由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒多元体系混合构成。通过卤代石墨烯量子点有效控制贵金属纳米颗粒的生长尺寸，利用石墨烯量子点优异的载流子迁移率以及可溶性加工制造的优点，并结合贵金属纳米颗粒的局域等离激元共振效应，不仅增强了活性层有效吸收截面，而且提高有机太阳能电池活性层激子分离效率和载流子迁移率，使得相应的有机太阳能电池的光电转化效率大大增强。
【技术实现步骤摘要】
一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池
本专利技术属于新能源领域，尤其涉及一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池。
技术介绍
随着有机太阳能电池的研究越来越深入，需要进一步提高有机半导体材料及器件的光电性能，以满足人们对光电子器件的更大需求。然而，光电转换效率(PCE)较低大大阻碍了有机太阳能电池的工业化发展。而有机太阳能电池电池中功率转换效率低是归因于低的激子分离效率和低的载流子迁移率，这与活性层内给受体材料的种类和电荷载流子的迁移率有关。因此如何提高载流子迁移率和激子分离效率是目前有机太阳能电池急需解决的问题。国内外科研人员发现，石墨烯量子点具有优异的载流子迁移率，热稳定性、化学稳定性以及可溶液加工制造的优点，因此可以将石墨烯量子点作为辅助有机太阳能电池活性层中电荷传输的理想材料。与此同时，石墨烯量子点良好的电负性使其具有电子接受能力，通过掺杂官能化调节其能带结构使得石墨烯量子点可以作为电子受体材料，用于有机太阳能电池活性层可以提升激子分离效率，进一步提升有机太阳能电池的效率。需要注意的是，在有机电池的结构设计中，电池活性层(吸收光子并产生电子-空穴对的区域)厚度一般比较薄(低于100nm)，以便于激子在复合前能被有效收集。而随着活性层的减薄，必然带来光吸收不充分的问题，采用合理的光捕获策略以便于提高太阳能电池效率是十分必要和迫切的。利用贵金属颗粒的表面等离激元激发现象可以形成很强的电场局域和增强，可对散射光的方向进行有效调控，对增强光伏器件性能具有重要的作用。有研究表面，贵金属纳米颗粒位于活性层中，可以有效利用激发贵金属纳米的局域等离激元共振，在贵金属纳米颗粒附近产生强的近场电场增强，以增强活性层有效吸收截面。另外，活性层中给体材料和受体材料晶区的纯度、晶畴的大小在很大程度影响着有机太阳能电池活性层的激子分离效率和载流子传输效率，从而决定了有机太阳能电池器件性能的好坏。研究发现对于有机太阳能电池而言，给体或受体材料的晶畴尺寸为10-30nm时易于获得较高的光电转化效率，因此如何控制石墨烯量子点和贵金属纳米颗粒的尺寸大小，并保证贵金属良好的分散性减小局部团聚现象的产出也是广大研究者关注的重点和难点。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池。本专利技术通过卤代石墨烯量子点有效控制贵金属纳米颗粒的生长尺寸，利用石墨烯量子点优异的载流子迁移率以及可溶性加工制造的优点，并结合贵金属纳米颗粒的局域等离激元共振效应，不仅解决了贵金属纳米颗粒的分散问题，同时增强了活性层有效吸收截面，而且提高有机太阳能电池活性层激子分离效率和载流子迁移率，使得相应的有机太阳能电池的光电转化效率大大增强。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池，包括有机太阳能电池活性层，有机太阳能电池活性层由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒多元体系混合构成，使用此多元共混体系作为活性层的有机太阳能电池，其活性层制备的具体步骤为：S01：将卤代改性石墨烯量子点与贵金属前驱体分散在体积比为1-10∶1的乙醇和水的混合溶液水浴加热搅拌反应0.1-3h，水浴温度为40-80℃。S02：将混合液超声处理0.1-6h，之后进行离心处理，离心转速为1000-20000rpm/min，取下层沉淀物，并置换于有机溶剂中，重复置换2-5次，之后超声0.1-2h，即可获得卤代改性石墨烯量子点与贵金属纳米颗粒的混合液。S03：将一定质量的共轭聚合物给体材料和富勒烯衍生物受体材料溶于卤代改性石墨烯量子点与贵金属纳米颗粒的有机溶剂混合液中分散好之后旋涂于有机太阳能电池上，即可获得由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒共混而成的多元体系活性层。优选的，所述的卤代改性石墨烯量子点可以是石墨烯量子点通过F、Cl、Br、I中的任何一种取代。优选的，所述的贵金属为金、银、铂、铱、钯中的任何一种，其贵金属前驱体为金、银、铂、铱、钯中的任何一种弱酸盐。优选的，所述共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒的质量比为：1-9∶1-9∶0.01-5∶0.001-1。优选的，所述的共轭聚合物给体材料可以是聚噻吩类、D-A型共聚物中的任何一种，进一步的共轭聚合物给体材料可以是PTB7、P3HT、PBDTTT-C、PTB7-Th中的任何一种，优选为PTB7。优选的，所述的富勒烯衍生物受体材料可以是PC61BM、PC71BM中的任何一种，优选为PC71BM。优选的，所述的卤代石墨烯量子点的尺寸为1-50nm。优选的，所述的贵金属纳米颗粒的尺寸为1-50nm。优选的，所述的有机溶剂可以是氯苯、领二氯苯、甲苯、苯、氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃中的任何一种或几种混合。(三)有益效果本专利技术提供了一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池，具备以下有益效果：本专利技术通过将石墨烯量子点具有优异的载流子迁移率，热稳定性、化学稳定性以及可溶液加工制造的优点，并结合贵金属颗粒的表面等离激元激发现象形成的电场局域和增强效应，可以进一步地增强了活性层有效吸收截面，并提高有机太阳能电池活性层激子分离效率和载流子迁移率。同时，本专利技术通过卤代石墨烯量子点有效控制贵金属纳米颗粒的生长尺寸，可以有效地防止贵金属的团聚问题，解决了贵金属纳米颗粒稳定分散的难题，使得卤代石墨烯量子点和贵金属纳米颗粒在活性层中的协同效应更加强烈，从而使得相应的有机太阳能电池的光电转化效率大大增强。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术提供一种技术方案：一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池，包括有机太阳能电池活性层，有机太阳能电池活性层由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒多元体系混合构成，使用此多元共混体系作为活性层的有机太阳能电池，其活性层制备的具体步骤为：S01：将卤代改性石墨烯量子点与贵金属前驱体分散在体积比为1-10∶1的乙醇和水的混合溶液水浴加热搅拌反应0.1-3h，水浴温度为40-80℃。S02：将混合液超声处理0.1-6h，之后进行离心处理，离心转速为1000-20000rpm/min，取下层沉淀物，并置换于有机溶剂中，重复置换2-5次，之后超声0.1-2h，即可获得卤代改性石墨烯量子点与贵金属纳米颗粒的混合液。S03：将一定质量的共轭聚合物给体材料和富勒烯衍生物受体材料溶于卤代改性石墨烯量子点与贵金属纳米颗粒的有机溶剂混合液中，即可获得由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒共混而成的多元体系活性层。作为本专利技术的优选实施实例，所述的卤代改性石墨烯量子点可以是石墨烯量子点通过F、Cl、Br、I中的任何一种取代，优选为Cl。作为本专利技术的优选实施实例，所述的贵金属为金、银、铂、铱、钯中的任何一种，其贵金属前驱体为金、银、铂、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池，包括有机太阳能电池活性层，其特征在于：有机太阳能电池活性层由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒多元体系混合构成，使用此多元共混体系作为活性层的有机太阳能电池，其活性层制备的具体步骤为：S01：将卤代改性石墨烯量子点与贵金属前驱体分散在体积比为1‑10∶1的乙醇和水的混合溶液水浴加热搅拌反应0.1‑3h，水浴温度为40‑80℃；S02：将混合液超声处理0.1‑6h，之后进行离心处理，离心转速为1000‑20000rpm/min，取下层沉淀物，并置换于有机溶剂中，重复置换2‑5次，之后超声0.1‑2h，即可获得卤代改性石墨烯量子点与贵金属纳米颗粒的混合液；S03：将一定质量的共轭聚合物给体材料和富勒烯衍生物受体材料溶于卤代改性石墨烯量子点与贵金属纳米颗粒的有机溶剂混合液中分散好之后旋涂于有机太阳能电池上，即可获得由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒共混而成的多元体系活性层。
【技术特征摘要】
1.一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池，包括有机太阳能电池活性层，其特征在于：有机太阳能电池活性层由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒多元体系混合构成，使用此多元共混体系作为活性层的有机太阳能电池，其活性层制备的具体步骤为：S01：将卤代改性石墨烯量子点与贵金属前驱体分散在体积比为1-10∶1的乙醇和水的混合溶液水浴加热搅拌反应0.1-3h，水浴温度为40-80℃；S02：将混合液超声处理0.1-6h，之后进行离心处理，离心转速为1000-20000rpm/min，取下层沉淀物，并置换于有机溶剂中，重复置换2-5次，之后超声0.1-2h，即可获得卤代改性石墨烯量子点与贵金属纳米颗粒的混合液；S03：将一定质量的共轭聚合物给体材料和富勒烯衍生物受体材料溶于卤代改性石墨烯量子点与贵金属纳米颗粒的有机溶剂混合液中分散好之后旋涂于有机太阳能电池上，即可获得由共轭聚合物给体材料、富勒烯衍生物受体材料、卤代石墨烯量子点受体材料和贵金属纳米颗粒共混而成的多元体系活性层。2.如权利要求1所述的一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池，其特征在，所述的卤代改性石墨烯量子点可以是石墨烯量子点通过F、Cl、Br、I中的任何一种取代。3.如权利要求1所述的一种基于卤代石墨烯量子点多元共混体系有机太阳能电池，其特征在，所述的贵金属为金...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈木成，
申请(专利权)人：恒力厦门石墨烯科技产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35
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