一种采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池，该电池包括相互叠合的阴极层、电子传输层、光活性层、空穴传输层、阳极层，此外还包括玻璃衬底，阴极层或阳极层制备在玻璃衬底上，阴极层与光活性层之间的电子传输层为功能化石墨烯量子点。本发明专利技术对石墨烯量子点进行化学改性处理，调节石墨烯量子点的功函，从而降低活性层与电极之间的接触势垒，提高有机太阳能电池中电极对光生载流子收集效率，使其适合作为有机太阳能电池的电子传输层，在显著提高有机太阳能电池光电转换效率的同时降低其成本。

An organic solar cell using functionalized graphene quantum dots as electron transport layer and its preparation method

The invention discloses an organic solar cell using functionalized graphene quantum dots as an electron transport layer. The cell includes a superimposed cathode layer, an electron transport layer, a photoactive layer, a hole transport layer and an anode layer. In addition, the cell also includes a glass substrate. The cathode layer or an anode layer is prepared on a glass substrate, and the electronic transport layer between the cathode layer and the photoactive layer is functionalized. Graphene quantum dots. The present invention chemically modifies graphene quantum dots, adjusts the work function of graphene quantum dots, reduces the contact barrier between the active layer and the electrodes, improves the collection efficiency of the electrodes for the generated carriers in organic solar cells, makes them suitable for being the electronic transmission layer of organic solar cells, and significantly improves the photoelectric conversion efficiency of organic solar cells while reducing its performance. Cost.

【技术实现步骤摘要】
一种采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法
：本专利技术涉及一种采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
：目前随着全球经济的快速发展，人们对能源的需求量日益增多，能源已经成为限制经济发展的瓶颈。传统能源如石油、煤矿、天然气等日渐减少，以及其过度使用所带来的环境污染问题，都迫使人们去寻找开发和利用新型的、可再生的、环境友好的绿色能源。在此背景下，太阳能、风能、生物能、水能、核能等新型的绿色能源被人们广泛的关注。其中太阳能具有储量巨大、绿色无害、分布广泛等一系列优点而备受人们青睐。太阳能电池能够将太阳能直接转换为电能，是一种有效地开发和利用太阳能的工具。目前商业化的太阳能电池主要是基于单晶硅、多晶硅的太阳能电池，然而其相对复杂的制备工艺，对原材料的苛刻要求等因素限制了硅太阳能电池的进一步发展。有机太阳能电池相较于目前商业化的晶硅太阳能电池，具有制备工艺简单、材料来源广泛、质量轻、成本低、可在柔性衬底上制备等一系列优点。本体异质结有机太阳能电池结构中，通常构成活性层的给体材料、受体材料与电极之间的能级不匹配，导致电极与活性层之间存在接触势垒，影响器件的性能。通过在活性层和电极之间引入中间层可以有效的降低二者的接触势垒，提高载流子的传输和收集效率，从而提高器件的性能。目前，最常用的电子传输层是氧化钛和氧化锌等半导体材料，该类金属氧化物，需要通过溶液方法制备薄膜再进行高温退火处理，因而造成制备成本高。为了实现有机太阳能电池的低成本制备，急需寻找一种可实现基于溶液法的低成本的新型电子传输层材料。石墨烯量子点作为一种新型纳米材料，其表现出生物低毒性、良好的水溶性、化学惰性、良好的表面修饰、稳定的光致发光等特点，被广泛应用于光电子器件、生物成像、传感器、药物传输和光催化等领域。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池，该电池包括依次层叠设置的阴极层、电子传输层、光活性层、空穴传输层、阳极层，此外还包括玻璃衬底，阴极层或阳极层设置在玻璃衬底上，阴极层与光活性层之间设置的电子传输层为功能化石墨烯量子点。所述功能化石墨烯量子点是对石墨烯量子点进行化学改性处理，调节石墨烯量子点的功函，从而降低活性层与电极之间的接触势垒，提高有机太阳能电池中电极对光生载流子收集效率，使其适合作为有机太阳能电池的电子传输层，在显著提高有机太阳能电池光电转换效率的同时降低其成本。所述功能化石墨烯量子点为石墨烯量子点制备方法如下：石墨烯量子点与离子液体、聚合物电解质中的一种或两种材料混合，50-100℃反应后干燥得到功能化石墨烯量子点，其中，原料中离子液体或/与聚合物电解质的含量为1-50wt％。所述离子液体为含咪唑类、吡啶类、季铵盐类或季鏻盐类正离子的离子液体材料中的一种或两种以上。咪唑类正离子的离子液体材料为氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑、氯化1-苄基-3-甲基咪唑、1-苄基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、碘化1-丙基-3-甲基咪唑盐、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、1-辛基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、氯化1-羟乙基-3-甲基咪唑、1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、氯化1-羧甲基-3-甲基咪唑、1-羧甲基-4-甲基咪唑四氟硼酸盐、氯化1-蒽甲基-3-甲基咪唑、1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-烷基(羟基)-3-甲基咪唑对磺酸基聚苯乙烯盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、碘化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、十六烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-十六烷基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-丁基-3-甲基咪唑甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟锑酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑辛硫酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、1-羧甲基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、溴化1-羧甲基-3-甲基咪唑、4-(3-甲基-1-咪唑)-1-丁基磺酸内盐、4-(3-甲基-1-咪唑)-1-丁基磺酸硫酸氢盐、4-(3-甲基-1-咪唑)-1-丁基磺酸三氟甲磺酸盐、溴化1-烯丙基-3-甲基咪唑、氯化1-乙酯甲基-3-甲基咪唑、1-乙酯甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-2,3-二甲基咪唑、溴化1-丁基-2,3-二甲基咪唑、1-丁基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、氯化1,3-二亚甲基蒽咪唑、1,3-二甲基咪唑硫酸甲酯盐、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1,3-二芴基咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑三氰甲盐、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、溴化1-乙基-3-甲基咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、氯化1-己基-3-甲基咪唑、溴化1-己基-3-甲基咪唑、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、溴化1-辛基-3-甲基咪唑、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、溴化1-癸基-3-甲基咪唑、1-癸基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-癸基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑、1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑氢溴酸盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-乙基-2,3-二甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑甲磺酸盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑辛磺酸盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑对甲苯磺酸盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑硫氰酸盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑氢溴酸盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑甲磺酸盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑对甲苯磺酸盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-辛基-2,3-二甲基咪唑氢溴酸盐、1-辛基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1-辛基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-辛基-2,3-二甲基咪唑对甲苯磺酸盐、1-辛基-2,3-二甲基咪唑双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，该电池包括依次层叠设置的阴极层、电子传输层、光活性层、空穴传输层、阳极层，此外还包括玻璃衬底，阴极层或阳极层设置在玻璃衬底上，阴极层与光活性层之间设置的电子传输层为功能化石墨烯量子点。

【技术特征摘要】
1.一种采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，该电池包括依次层叠设置的阴极层、电子传输层、光活性层、空穴传输层、阳极层，此外还包括玻璃衬底，阴极层或阳极层设置在玻璃衬底上，阴极层与光活性层之间设置的电子传输层为功能化石墨烯量子点。2.根据权利要求1所述的采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，所述功能化石墨烯量子点制备方法如下：石墨烯量子点与离子液体、聚合物电解质中的一种或两种材料混合，50-100℃反应后干燥得到功能化石墨烯量子点，其中，原料中离子液体或/与聚合物电解质的含量为1-50wt％。3.根据权利要求2所述的采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，所述离子液体为含咪唑类、吡啶类、季铵盐类或季鏻盐类正离子的离子液体材料中的一种或两种以上。4.根据权利要求2所述的采用功能化石墨烯量子点作为电子传输层的有机太阳能电池，其特征在于，所述聚合物电解质选自聚醚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚氧乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴]、聚[1,4-亚苯基-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴]、聚[9,9-二辛基芴-9,9-(双(3，-(N,N-二甲基)-N-乙基铵)丙基)芴]二溴、聚[1,4-亚苯基-9,9-(双(3，-(N,N-二甲基)-N-乙基铵)丙基)芴]二溴、聚(2-甲氧基-5-(2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坚，胡勇，张淑瑶，张哲泠，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45