一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法技术

本发明专利技术公开了一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法，属于有机太阳能电池技术领域，本发明专利技术通过气体等离子体对有机层表面进行选择性刻蚀，在表面被减薄之时表面以下有机分子不会发生氧化过程；根据朗伯比尔定律，将整个有机层的吸收光谱分为深度方向上几个亚层的吸收光谱；通过吸收光谱受体特征峰的移动和后续的仿真模拟，可以表征深度方向组分分布，结晶度变化和传输能级变化等信息；相较于现有的表征手段而言，本发明专利技术具有成本低，测试速度快，易拓展等优点，能同时获得多种信息，形貌信息全面，不会对深度方向样品造成损伤，且能充分准确地表征深度方向分子构象和结晶性，有利于为了优化光伏薄膜的光电转化效率奠定基础。基础。基础。

【技术实现步骤摘要】
一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法


[0001]本专利技术涉及有机太阳能电池
，尤其涉及一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法。

技术介绍

[0002]有机太阳能电池(OSCs)器件因为具备柔性、廉价、易加工等特点，所以具有良好的应用前景；然而，有机层薄膜在制备以及后处理过程中，发生垂直相分离，使活性层光学和电学特性分布(尤其是深度方向)非常复杂，会决定性地影响器件的性能，在不同的深度位置处(亚层)往往具有不同的分子构象、链取向、结晶性、微晶尺寸性质等，通过影响薄膜在不同位置处的微尺度性能决定了薄膜的宏观性质；深度方向上的不均匀分子堆积会导致：1.能级在不同位置处的分散性；2.聚合物分子量和化学等规度具有多分散性；3.有机层中同时存在非晶相和结晶相，对应的光学吸收特性也有明显差异；4.分子取向在薄膜表面和内部有所不同；因此，有机分子的化学、光学、电学特性在薄膜内部不同的深度位置处是各不相同的；除此之外，主流的器件结构为本体异质结，给体材料和受体材料需要组成良好的互穿网络结构，才能最大限度减少能量损失；因此，为了优化光伏薄膜的光电转化效率，需要分析太阳光是如何在薄膜中衰减的，以及光子的衰减位置和激子产生的位置；并且需要建立深度分辨的分子的构象，结晶度等参数与器件的光学性能和光伏性能的关系；
[0003]目前，现有表征手段难以充分准确地表征深度方向分子构象和结晶性，致使其如何影响有机层内光吸收和电荷传输，如何影响器件的光学性能和电学性能，缺乏足够的深入的研究，且存在众多局限性：如表征深度不足，表征的信息比较单一，无法同时获得多种信息，形貌信息不全，对深度方向样品造成损伤、效率低等；为此，我们提出一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法，该方法基于直流电源、光源、等离子体真空仓、光纤、光谱仪和数据采集终端所构成的系统实现，其包括以下步骤：
[0007]1)制作OSCs器件，并将其有机层旋涂于基底上，同时将器件固定于原位；
[0008]2)通过直流电源启动光源，利用紫外
‑
可见分光光度计测试所述有机层的吸收光谱，通过光谱仪实时采集吸收光谱数据；
[0009]3)通过定制光纤将所述光源的光路引入电容耦合等离子体发生器中，利用等离子体对所述有机层表面进行选择性刻蚀，将所述有机层从上表面刻蚀到下表面，并实时采集深度方向每一个亚层的吸收光谱变化，获取到深度方向组分分布，同时将深度方向亚层吸收光谱按照刻蚀方向从上往下排列，通过特征吸收峰的移动计算深度方向结晶度的演化，
获取到深度方向结晶度变化；
[0010]4)利用光学模型和电学模型进行仿真模拟计算，计算出所述有机层内的深度方向能级分布和激子分布，最后模拟出器件的各种光伏参数。
[0011]进一步地，所述有机层采用共混物薄膜。
[0012]进一步地，所述深度方向组分分布获取时，需计算两个物理量，其分别为每个亚层的厚度和组分比；所述每个亚层的厚度采用最小二乘法来拟合。
[0013]进一步地，所述步骤3)还包括根据每个亚层的吸收光谱，计算出消光系数k，进而计算出复折射率由于有机材料的折射率n变化范围很小，此处设为2。
[0014]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0015]本申请提出的一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法，其通过气体等离子体对有机层表面进行选择性刻蚀，在表面被减薄之时表面以下有机分子不会发生氧化过程；根据朗伯比尔定律，将整个有机层的吸收光谱分为深度方向上几个亚层的吸收光谱；通过吸收光谱受体特征峰的移动和后续的仿真模拟，可以表征深度方向组分分布，结晶度变化和传输能级变化等信息；相较于现有的表征手段而言，本专利技术具有成本低，测试速度快，易拓展等优点，能同时获得多种信息，形貌信息全面，不会对深度方向样品造成损伤，且能充分准确地表征深度方向分子构象和结晶性，有利于为了优化光伏薄膜的光电转化效率奠定基础。
附图说明
[0016]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0017]图1为基于原位刻蚀的亚层吸收光谱原理图；
[0018]图2为反向器件结构示意图；
[0019]图3为PTB7
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Th:FNIC1，PTB7
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Th:FNIC1+DIO，PTB7
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Th:FNIC1+CN，PTB7
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Th:FNIC2，PTB7
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Th:FNIC2+DIO，PTB7
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Th:FNIC2+CN器件的J
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V曲线图；
[0020]图4为PTB7
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Th:FNIC1，PTB7
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Th:FNIC1+DIO，PTB7
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Th:FNIC1+CN，PTB7
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Th:FNIC2，PTB7
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Th:FNIC2+DIO，PTB7
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Th:FNIC2+CN器件的透射率(T)和人眼视敏相关的透射率(TVS)；
[0021]图5为半透明器件中PCE和AVT与受体的0
‑
0跃迁吸收峰的关系图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，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。
[0023]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]参照图1，本实施例公开了一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法，该方法基于直流电源、光源、等离子体真空仓、光纤、光谱仪和数据采集终端所构成的系统实现，其包括以下步骤：
[0025]1)制作OSCs器件，并将其有机层旋涂于基底上，同时将器件固定于原位；
[0026]具体的，该有机层采用共混物薄膜。
[0027]2)通过直流电源启动光源，利用紫外
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可见分光光度计测试有机层的吸收光谱，通过光谱仪实时采集吸收光谱数据；
[0028]3)通过定制光纤将光源的光路引入电容耦合等离子体发生器中，利用等离子体对有机层表面进行选择性刻蚀，将有机层从上表面刻蚀到下表面，并实时采集深度方向每一个亚层的吸收光谱变化，获取到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法，其特征在于，该方法基于直流电源、光源、等离子体真空仓、光纤、光谱仪和数据采集终端所构成的系统实现，其包括以下步骤：1)制作OSCs器件，并将其有机层旋涂于基底上，同时将器件固定于原位；2)通过直流电源启动光源，利用紫外
‑
可见分光光度计测试所述有机层的吸收光谱，通过光谱仪实时采集吸收光谱数据；3)通过定制光纤将所述光源的光路引入电容耦合等离子体发生器中，利用等离子体对所述有机层表面进行选择性刻蚀，将所述有机层从上表面刻蚀到下表面，并实时采集深度方向每一个亚层的吸收光谱变化，获取到深度方向组分分布，同时将深度方向亚层吸收光谱按照刻蚀方向从上往下排列，通过特征吸收峰的移动计算深度方向结晶度的演化...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯晓清，徐婧谨，师鸣遥，李想，
申请(专利权)人：徐婧谨，
类型：发明
国别省市：