制备基于导电性纳米颗粒的装置和膜的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及装置的制备方法，该方法包括：(i)提供包含有机溶剂、表面活性剂以及至少一种导电性有机化合物的水乳液：(ii)去除所述有机溶剂以提供包含所述至少一种导电性有机化合物的导电性纳米颗粒水性悬浮液；(iii)将纳米颗粒沉积到基材上以形成纳米颗粒层；以及(iv)对纳米颗粒层进行退火。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于以及通过该方法制造的装置。
技术介绍
人们广泛地认识到有机光伏(OPV)在可再生能源投资中会扮演重要的角色，因为OPV提供了作为能够直接从日光产生电流的廉价涂层的巨大潜力。OPV的关键性竞争优势在于可以使用辊到辊加工技术在大面积上高速印刷包含活性层的聚合物掺混材料，从而具有以极低的成本用光伏材料涂覆每个屋顶和其他合适建筑表面的诱人远景。将有机供体和受体材料的混合物溶于有机溶剂，如氯仿或氯苯中来制造常规现有技术的OPV装置。将该溶液沉积到合适的基材上形成了电子供体和受体的互穿网络。所有的现有制造方法(例如旋涂和丝网印刷)都依赖于反混热力学来形成相分离区域，其所需的最优化尺寸为50-100nm。虽然本质上是可行的，但是现有OPV材料的许多方面并不十分适合使用高速印刷技术来构建大面积光伏模块。原因有两部分。首先，在大面积上调节装置形貌是充满困难的，因为通常来说，无法使用现有制造方法来最优化特定聚合物混合物的相分离。其次，使用高挥发性和易燃有机溶剂对于建立用于涂覆大面积的高速印刷线存在严重问题。明显地，迫切需要发展新的用于OPV装置的加工方法，该方法在提供纳米规模形貌控制的同时，不需要有机溶剂或者对有机溶剂的需求最少。分散在水中的半导体聚合物纳米颗粒的制造是非常成熟的，可以通过在乳胶基质中混合胶态(IO-1OOnm)导电性聚合物来制备导电性电活性涂料。Landfester等(Adv.Mater.，14，651，(2002))报道了聚(9，9- 二辛基芴-共-苯并噻二唑和聚(9，9- 二辛基荷-共-N, N-二(4-丁基苯基)-N, N-二苯基-1，4-苯二胺)半导体聚合物的纳米颗粒(50-250nm)的制备。超声波制备 聚合物胶体的水性分散体并旋涂到表面上以制备初步光伏装置。但是这些装置的能量转化效率极低(〈0.004%)，使得它们从商业角度看没有用处。随后，Snaith等(Synth Met, 147，105，(2004))使用电镀技术沉积纳米颗粒作为OPV装置获得类似的效率。有趣的是，自从2004年以来没有关于源自水性胶体的OPV装置的报道，大概是由于获得的装置效率非常低。在此背景下，本专利技术人出人意料地能够制备基于水性胶状颗粒的高效OPV装置。此类装置的效率比先前报道的那些装置的效率高1-2个数量级之间。更值得注意的是，这些装置的效率几乎是由相同材料制造的相应最佳本体异质结装置的效率的两倍，在所报道的此类材料惨混物中具有最闻效率。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供用于制备包含导电性纳米颗粒的膜或装置的方法，所述方法包括调节纳米颗粒表面能的步骤。所述调节纳米颗粒的表面能可涉及改变位于纳米颗粒表面的表面活性剂的量。当纳米颗粒在基材上作为沉积层存在时，可以通过对其进行退火来实现所述改变位于纳米颗粒表面的表面活性剂的量。在将纳米颗粒沉积到基材上之前，可以通过控制包含纳米颗粒和表面活性剂的水性分散体中表面活性剂存在的量，来实现所述改变位于纳米颗粒表面的表面活性剂的量。所述调节纳米颗粒的表面能可涉及增加纳米颗粒的表面能或者降低纳米颗粒的表面能。所述增加纳米颗粒的表面能可包含消除位于纳米颗粒表面的表面活性剂或减少位于纳米颗粒表面的表面活性剂的量。所述消除位于纳米颗粒表面的表面活性剂或减少位于纳米颗粒表面的表面活性剂的量可以通过当纳米颗粒在基材上作为沉积层存在时，对其进行退火来实现。所述消除位于纳米颗粒表面的表面活性剂或减少位于纳米颗粒表面的表面活性剂的量，可以通过在将纳米颗粒沉积到基材上之前，控制包含纳米颗粒和表面活性剂的水性分散体中表面活性剂存在的量来实现。所述控制水性分散体中表面活性剂存在的量可涉及水性分散体的渗析，从而使得其中的表面活性剂的量最小化。可以通过对包含纳米颗粒和表面活性剂的水性分散体进行渗析，使其中的表面活性剂的量最小化，并当纳米颗粒在基材上作为纳米颗粒层沉积后立即对其进行退火，来实现所述调节纳米颗粒的表面能。所述纳米颗粒可以是芯壳纳米颗粒。所述纳米颗粒可以是导电性聚合物纳米颗粒。所述纳米颗粒可以是导电性有机纳米颗粒。所述纳米颗粒可以是有机导电性聚合物纳米颗粒。所述纳米颗粒可包含聚(9，9_ 二辛基芴-2，7-二基-共-二-N，N-(4-丁基苯基)-二 -N，N-苯基-1，4-苯二胺)(PFB)和聚(9，9- 二辛基芴_2，7- 二基-共-苯并噻二唑)(F8BT)。装置可包含多层纳米颗粒层，例如两层、三层、四层、五层或更多层。装置可以是电子器件，例如LED、晶体管或光伏电池，或者基于LED、晶体管或光伏电池的器件，如传感器、阵列、存储元件或电路。在第二方面，本专利技术提供用于制备包含导电性纳米颗粒的膜或装置的方法，该方法包括制备导电性纳米颗粒的步骤，所述导电性纳米颗粒的平均直径在约5nm至约200nm之间，平均区域尺寸在约2nm至约IlOnm之间。所述纳米颗粒的平均直径可在约45nm至约60nm之间,平均区域尺寸可在约15nm至约30nm之间。所述纳米颗粒的平均直径可为约50nm,平均区域尺寸可在约20nm至约25nm之间。所述纳米颗粒可以是芯壳纳米颗粒。所述纳米颗粒可以是导电性聚合物纳米颗粒。所述纳米颗粒可以是导电性有机纳米颗粒。所述纳米颗粒可以是有机导电性聚合物纳米颗粒。所述纳米颗粒可包含PFB和F8BT。装置可以是电子器件，例如LED、晶体管或光伏电池，或者基于LED、晶体管或光伏电池的器件，如传感器、阵列、存储元件或电路。本专利技术第二方面的方法可包括根据第一方面所述的方法调节纳米颗粒表面能的步骤。在第三方面，本专利技术提供了装置的制备方法，该方法包括:(i)提供包含有机溶剂、表面活性剂和至少一种导电性有机化合物的水乳液；(ii)去除有机溶剂以提供包含所述至少一种导电性有机化合物的导电性纳米颗粒的水性悬浮液；(iii)将纳米颗粒沉积到基材上形成纳米颗粒层；以及(iv)对纳米颗粒层进行退火。所述有机溶剂可以是卤代溶剂，例如氯化溶剂。水乳液中水:有机溶剂的比例可以在约2:1至约6:1之间，或者在约3:1至约6:1之间，或者在约4:1至约6:1之间，或者约为4:1。所述表面活性剂可以是十二烷基硫酸钠(SDS)。所述方法还可包括纳米颗粒的水性悬浮液的渗析，从而使得其中的表面活性剂的量最小化。可以进行渗析直至滤出液的表面张力小于约50mN/m。纳米颗粒的平均直径可以在约5nm至约200nm的范围内，或者约35nm至约70nm的范围内，或者约45nm至约60nm的范围内，或者约为50nm。纳米颗粒的平均区域尺寸可以在约2nm至约110nm的范围内，或者约15nm至约30nm的范围内，或者约15nm至约25nm的范围内，或者约20nm至约25nm的范围内。在一个实施方式中，纳米颗粒的平均直径在约5nm至200nm的范围内，平均区域尺寸在约2nm至100nm的范围内。在另一个实施方式中，纳米颗粒的平均直径在约20nm至约IOOnm的范围内，平均区域尺寸在约10nm至约50nm的范围内。在另一个实施方式中，纳米颗粒的平均直径在约45nm至约60nm的范围内，平均区域尺寸在约15nm至约30nm的范围内。在另一个实施方式中，纳米颗粒的平均直径在约45nm至约55nm的范围内，平均区域尺寸在约20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·C·达斯托，W·贝尔彻，
申请(专利权)人：纽卡斯尔创新有限公司，
类型：
国别省市：