本发明专利技术涉及一种增强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜及其制备方法。该薄膜为由式１所示的、分子量为３００００的聚合物ＰＤＴＧ制备而成的蜂窝状、有序多孔结构的聚合物薄膜，其光电流是２９３ｎＡ／ｃｍ↑［２］，开路光电压是０．２９４Ｖ，短路光电流是２．５８×１０↑［－３］ｍＡ／ｃｍ↑［２］，填充因子为０．４３３。该薄膜是利用水模板法在高湿度环境下制备而成。本发明专利技术的薄膜由于有很多孔隙结构能够使光在其中多次反射吸收，增大光的捕获效率，同时孔状结构的引入增大了薄膜的表面积，有利于电荷在表面的分离，从而增大了光电转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种增强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜，及其制备方法。
技术介绍
1954年美国的贝尔研究所成功地研制出硅太阳电池，开始有单晶硅太阳电池，到后来有多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池等。虽然硅太阳电池有很高的转换效率，如单晶硅的转换率都高达25％，但其工艺复杂、价格昂贵、材料要求苛刻，因而难以普及。通过研制新型半导体薄膜太阳电池，可以使其成本低一些，1991年瑞士的M.Gratzel等人报道了经联吡啶钌燃料敏化的纳米太阳电池具有7％总能量转换率，逐渐引起了人们的关注。目前的太阳能电池主要依靠硅或稀有金属合金制成的面板实现光电转换，但是，其昂贵的价格妨碍了太阳能电池的普及。为了提高有机太阳能电池的光电转换效率，人们往往采用各种方法来制备电子给体-受体相连接的薄膜或是异质结薄膜，但是由于制备这些薄膜过程复杂，原料种类有限，因此制备这种结构的薄膜的种类也是受到很大限制的。因此我们提出通过改变表面结构的方法，利用一些原有的材料，制备多孔结构薄膜来提高光电转换效率。现有技术在制备这类蜂窝状有序多孔结构薄膜时，大多采用激光刻蚀及其相关技术，这种技术非常复杂，价格昂；模板法，这种方法会面临去模板过程中结构被破坏的问题；自组装技术，组装条件比较难于控制的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中用于提高有机太阳能电池的光电转换效率的薄膜的种类有限的缺陷，考虑到表面结构效应对提高光电转换效率的贡献——即在无机半导体薄膜TiO2中引入多孔结构或者光晶能够增强光在孔中得反射，提高光染料敏化太阳能电池的光的捕获效率，从而提供一种增强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜。本专利技术的另一目的在于克服现有技术在制备上述的蜂窝状有序多孔结构薄膜时，技术复杂，价格昂贵；或是难于控制反应条件的缺陷，从而提供一种简单、且没有污-->染的、利用水辅助自组装来制备上述强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜的方法。本专利技术的目的是通过如下的技术方案实现的：本专利技术提供一种强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜，其为由式I所示的、分子量为30000的聚合物(以下简称PDTG)制备而成的蜂窝状、有序多孔结构的聚合物薄膜，其光电流是293nA/cm2，开路光电压是0.294V，短路光电流是2.58×10-3mA/cm2，填充因子为0.433。本专利技术提供一种上述强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜的制备方法，其为利用水模板法在高湿度环境下制备具有光电转换性质的有序多孔结构薄膜，包括如下的步骤：1)先把式1所示的分子量为30000的聚合物(PDTG)溶解到氯仿、THF或甲苯中配制成2mg/ml的溶液；2)然后取100μL的上述溶液滴到清洗干净的ITO玻璃(导电玻璃)上，控制相对湿度为70％，温度为24±1℃的情况下，待溶剂挥发完毕，即制得本专利技术的强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜。作为对比，取相同量的溶液在室温条件下(相对湿度48％温度24±1℃)滴到相同的ITO玻璃上制备平滑薄膜，然后用三电极法对薄膜进行光电性能表征，本专利技术的蜂窝状结构的薄膜的光电流是293nA/cm2，开路光电压是0.294V，短路光电流是2.58×10-3mA/cm2，填充因子为0.433，而平滑薄膜的开路光电压是0.262V，短路光电流是5.19×10-4mA/cm2，填充因子为0.397。即本专利技术的有序多孔结构的薄膜能够增大光电转换效率，提高开路电压，短路电流和填充因子。这是因为在薄膜内引入多孔结构，增大了薄膜的表面积，有利于电荷在介质表面的分离，从而有效的提高了有机太阳能的光电转换效率。-->本专利技术通过将具有光电转换性能的棒线结构的聚合物分子，在高湿度环境下、利用水辅助法自组装成有序多孔结构的薄膜，这种薄膜由于有很多孔隙结构能够使光在其中多次反射吸收，增大光的捕获效率，同时孔状结构的引入增大了薄膜的表面积，由于于电荷在表面的分离，从而增大了光电转换效率，其优点在于：1本专利技术方法简单、成本低廉，可以较大面积的制备均匀的有序多孔结构薄膜；2本专利技术使相同质量的染料的光电转换效率大大提高；3本专利技术有广阔的应用前景，可采用在体相中引入有序多孔结构的方法，提高有机光电池的光电转换效率。附图说明图1是实施例1和对比例1中所制备的两种薄膜的扫描电镜照片；其中，a-c为蜂窝状有序多孔结构薄膜I的扫描电镜图片，d为平滑薄膜II的扫面电镜图片；图2为实施例1和对比例1中所制备的两种薄膜的反射光谱图；图3为实施例1和对比例1中所制备的两种薄膜的光电流的产生和光电流工作谱；其中，a为两种薄膜的光电流图，b为两种薄膜的工作谱；图4为实施例1和对比例1中所制备的两种薄膜的I-V曲线。具体实施方式实施例1先把式1所示的、具有棒线结构的、分子量为30000的聚合物(PDTG)溶解到氯仿中配制成2mg/ml的溶液；然后取100μL的上述溶液滴到清洗干净的ITO玻璃上，控制相对湿度为70％，温度为24±1℃的情况下，待溶剂挥发完毕，即制得本专利技术的强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜I。对比例1作为对比，取与实施例1中相同量的溶液在室温条件下(相对湿度48％温度24±1℃)，滴到相同的ITO玻璃上，制备平滑薄膜II。实施例2将实施例1和对比例1中所制备的两种薄膜的形貌用扫描电镜进行观察(日本日立公司JEOL JSM-6700F扫描电子显微镜)，如图1所示。图1(a-c)为本专利技术的强光电-->转换效率的有机有序多孔结构薄膜I的扫描电镜图片，可以看出其为呈蜂窝状、大面积均匀的有序多孔结构，薄膜的平均厚度为3.2μm，孔的平均直径为1.4μm；图1d)为平滑薄膜II的扫面电镜图片，其厚度为1.0μm。通过理论计算，两种薄膜的染料含量是相同的。实施例3将实施例1和对比例1中所制备的两种薄膜的漫反射光谱进行对比(日立UV-3100紫外可见光谱仪)，如图2所示，本专利技术的强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜I的最大反射峰值为36.7％，而平滑薄膜II的最大反射峰值为22.5％，对应的最大反射峰位置都是440nm。从360nm到490nm积分反射光谱中，本专利技术的强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜I的反射比平滑薄膜II增加了100％。实施例4、用三电极法对两种薄膜进行光电性能检测.将被蜂窝状多孔结构的薄膜I和平滑薄膜II修饰的ITO玻璃用做工作电极，铂丝用做对电极，饱和甘汞电极用做参比电极，0.1M的KCL溶液用做支持电解质。光电流，I-V曲线，光电流工作谱的测量都是用电化学分析仪(CHI630A，Chenhua InstrumentsCo.，Shanghai)，太阳光模拟器(CMH-250，Aodite Photoelectronic Technology Ltd.，Beijing)和光强测量仪(Model FZ-A，Beijing)辅助完成的。如图3a)所示，本专利技术的蜂窝状结构的薄膜I的光电流是293.87nA/cm2，而平滑薄膜II的光电流为103.45nA/cm2，在蜂窝状结构的薄膜I中光电流增加了将近三倍。图3b)为两种薄膜的工作谱，可以看到相同的单色光波长下，蜂窝结构薄膜的光电流比平滑膜的大，并且蜂窝结构可以把这种光电响应延伸到490nm，平滑薄膜的对应响应区间在440nm之前已经结束本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜，其为由式１所示的、分子量为３００００的ＰＤＴＧ制备而成的蜂窝状、有序多孔结构的聚合物薄膜，其光电流是２９３ｎＡ／ｃｍ↑［２］，开路光电压是０．２９４Ｖ，短路光电流是２．５８×１０↑［－３］ｍＡ／ｃｍ↑［２］，填充因子为０．４３３。＊＊＊式１。
【技术特征摘要】
1.一种强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜，其为由式1所示的、分子量为30000的PDTG制备而成的蜂窝状、有序多孔结构的聚合物薄膜，其光电流是293nA/cm2，开路光电压是0.294V，短路光电流是2.58×10-3mA/cm2，填充因子为0.433。式12.一种权利要求1所述的强光电转换效率的有机有序多孔结构薄膜的制备方法，其为利用水模板...
【专利技术属性】
技术研发人员：衡利苹，翟锦，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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