新型石墨烯量子点在有机太阳能电池中的应用的制作方法

1.本发明涉及太阳能电池的制备方法领域，特别是新型石墨烯量子点在有机太阳能电池中的应用。


背景技术：

2.太阳能在未来的能源市场上显示出巨大的潜力，因为它本质上是能够无限供应的、可再生的清洁能源。近20年来，有机太阳能电池获得了研究者的广泛关注。有机太阳能电池有诸多潜在的优点，如制作工艺简单，质量轻和可卷对卷制备大面积的柔性器件等。但是目前有机太阳能电池的能量转换效率较低是制约其应用的重要因素之一。有机太阳能电池的能量转换效率与器件结构、光伏材料，活性层形貌以及活性层与电极之间的界面接触等有很大的关系。合适的界面层可以与活性层形成欧姆接触，实现高效的光生电荷提取，阻止电荷在界面处复合。界面材料主要分为阴极界面材料和阳极界面材料，此类材料功函数通常要与相应的电极的功函数匹配，从而有助于提升界面处的载流子传输能力。近年来阴极界面材料得到了快速发展，该类材料通常需要具备较低的功函数，典型的阴极界面材料有金属ca、ba，无机盐lif、csco3，无机半导体氧化金属tio2、zno，以及有机小分子或聚合物等。
3.近年来，碳材料作为一种新型材料在有机太阳能电池的阴/阳极界面得到了广泛的运用。 gqds是一种尺寸小于10nm的碳材料，不仅具备了石墨烯的优异特点，还可以被修饰改性为合适的界面材料。例如，用羧酸盐在gqds边缘进行修饰，可以得到合适的具有高功函的材料(ecgqds)；用四甲基铵或cs离子修饰gqds，可以降低其功函作为阴极界面材料。其中，n-gqds弥补了纯gqds本身活性位点不足等缺点，使材料的电子迁移率有了很大提高。 n-gqds材料引入的官能团，使其有高电容和优异的溶解性、导电性，而且有效降低了ito 的功函数，可以应用在有机太阳能电池中。虽然gqds衍生物已被大量研究，但在有机太阳能电池中作为界面材料运用的研究还有待进一步探索。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种新型石墨烯量子点在有机太阳能电池中的应用。
5.发明涉及到的原材料列表如下：
6.高纯度的石墨棒(直径为3mm)，支化的聚乙烯亚胺(bpei)和三氧化钼(moo3，99. 97％)、氯苯(＞99.9％)买自sigma-aldrich；
7.水合肼(80％)、乙醇、丙醇和异丙醇等分析醇买自国药试剂；
8.pce-10和6,6-苯基-c71-丁酸甲酯(pc71bm，99％)买自solarmer mterials ins；
9.1，8二碘辛烷(dio，97％)买自alfaaesar；
10.去离子水(elga，18.2mω)。
11.为达到上述发明的目的，提供了一种新型石墨烯量子点在有机太阳能电池中的应用，包括以下步骤：
12.s1：gqds和n-gqds的合成；
13.取两根石墨棒，将其分别作为阴极和阳极，插入1l的去离子水溶液中，调节恒压器，控制电解电流为3a；随着电解过程的进行，溶液颜色逐渐由无色变棕色，最后成黑色，直至阳极石墨棒电解完成，电解时间为1个月左右；取350ml电解产物，过滤取下清液，以体积比为7:1的比例加入80％的水合肼，室温下搅拌8h，使其充分混合并反应完全，然后用冷冻干燥机冷冻、干燥、提纯，最后获得约100mg的gqds产物；量取25ml去离子水加入gqds 的样品瓶中，利用超声机超声10min后，再转移到50ml的圆底烧瓶中，然后加入约质量分数为0.5％的bpei，在80℃的温度下油浴反应3h，最后获得4mg
·
ml-1的n-gqds溶液；
14.s2：器件的制备；
15.器件结构为：ito/n-gqds/pce-10：pc71bm/moo3/al；制备前首先把玻璃基底ito放置在超声波清洗机，依次通过ito清洗液、去离子水、丙酮和异丙醇反复超声清洗干净；将 ito吹干后，使用臭氧清洗机进行臭氧处理10min；将获得的n-gqds溶液稀释至2mg
·
ml
ꢀ-
1；取适量的n-gqds溶液旋涂在ito上，5000r/min旋涂30s，然后150℃退火15min，得到约5nm厚的n-gqds薄膜，作为阴极界面层；将给体材料pce-10与受体材料pc71bm以 1:1.5的质量比溶解在氯苯中，总浓度为25mg
·
ml-1；加热搅拌一晚后，加入体积分数为3％的dio，获得活性层溶液；取适量活性层溶液，以1500r/min的速度旋涂60s，得到约100nm 厚的活性层；之后，将片子转移到真空蒸镀系统中，当真空腔的压力抽到2x10-4pa时，以0. 01nm/s的蒸镀速率蒸镀约8nm厚的moo3，再以0.2nm/s的蒸镀速率蒸镀约100nm的al；器件的有效面积为0.04cm2。
16.本发明一种新型石墨烯量子点在有机太阳能电池中的应用跟现有技术相比具有以下优点：
17.(1)基于ito/n-gqds的有机太阳能电池的制备需要的退火温度更低，对探索新的低温、可溶液加工的界面材料具有重大的意义；
18.(2)基于ito/n-gqds的器件电子传输性能更好，器件的性能指标得到了有效提高，是一种有效的有机太阳能电池阴极界面材料。
具体实施方式
19.以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。
20.本发明涉及到的原材料列表如下：
21.高纯度的石墨棒(直径为3mm)，支化的聚乙烯亚胺(bpei)和三氧化钼(moo3，99. 97％)、氯苯(＞99.9％)买自sigma-aldrich；
22.水合肼(80％)、乙醇、丙醇和异丙醇等分析醇买自国药试剂；
23.pce-10和6,6-苯基-c71-丁酸甲酯(pc71bm，99％)买自solarmer mterials ins；
24.1，8二碘辛烷(dio，97％)买自alfaaesar；
25.去离子水(elga，18.2mω)。
26.本发明新型石墨烯量子点在有机太阳能电池中的应用包括以下步骤：
27.s1：gqds和n-gqds的合成
28.取两根石墨棒，将其分别作为阴极和阳极，插入1l的去离子水溶液中，调节恒压器，控制电解电流为3a。随着电解过程的进行，溶液颜色逐渐由无色变棕色，最后成黑色，直
至阳极石墨棒电解完成，电解时间为1个月左右。取350ml电解产物，过滤取下清液，以体积比为7:1的比例加入80％的水合肼，室温下搅拌8h，使其充分混合并反应完全，然后用冷冻干燥机冷冻、干燥、提纯，最后获得约100mg的gqds产物。量取25ml去离子水加入gqds 的样品瓶中，利用超声机超声10min后，再转移到50ml的圆底烧瓶中，然后加入约质量分数为0.5％的bpei，在80℃的温度下油浴反应3h，最后获得4mg
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ml-1的n-gqds溶液。
29.s2：器件的制备
30.器件结构为：ito/n-gqds/pce-10：pc71bm/moo3/al。制备前首先把玻璃基底ito放置在超声波清洗机，依次通过ito清洗液、去离子水、丙酮和异丙醇反复超声清洗干净。将 ito吹干后，使用臭氧清洗机进行臭氧处理10min。将获得的n-gqds溶液稀释至2mg
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1。取适量的n-gqds溶液旋涂在ito上，5000r/min旋涂30s，然后150℃退火15min，得到约5nm厚的n-gqds薄膜，作为阴极界面层。将给体材料pce-10与受体材料pc71bm以 1:1.5的质量比溶解在氯苯中，总浓度为25mg
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ml-1。加热搅拌一晚后，加入体积分数为3％的dio，获得活性层溶液。取适量活性层溶液，以1500r/min的速度旋涂60s，得到约100nm 厚的活性层。之后，将片子转移到真空蒸镀系统中，当真空腔的压力抽到2x10-4pa时，以0. 01nm/s的蒸镀速率蒸镀约8nm厚的moo3，再以0.2nm/s的蒸镀速率蒸镀约100nm的al。器件的有效面积为0.04cm2。
31.为了方便对比，ito/zno/pce-10：pc71bm/moo3/al器件的制备过程与ito/n-gqds/pce-10：pc71bm/moo3/al一样。器件制备的大部分过程在充满氮气的手套箱里进行。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
33.在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本说明书中的具体含义。
34.在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
36.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。