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阴极界面材料的应用、三维复合材料及其制备方法、光电器件及其制备方法

阅读:42发布:2020-05-08

专利汇可以提供阴极界面材料的应用、三维复合材料及其制备方法、光电器件及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及光电器件技术领域,具体而言,涉及 阴极 界面材料的应用、三维 复合材料 及其制备方法、光电器件及其制备方法。阴极界面材料可以有效分散 碳 纳米材料 ,减少碳纳米材料聚集。同时,碳纳米材料分散在阴极界面材料溶液中形成的三维复合材料可以显著提升光电器件的光电转换效率。,下面是阴极界面材料的应用、三维复合材料及其制备方法、光电器件及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种阴极界面材料在分散纳米材料中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述阴极界面材料选自以下化学式表示的阴极界面材料中的任意一种:
其中,
R1和R2均表示具有共轭体系并含氮或侧链片段
优选地,R1选自下述结构式中的任意一种:
R2选自下述结构式中的任意一种:
其中,R3为含有氮或氧的侧链;
优选地,R3选自下述结构式中的任意一种:
其中,X为氧元素或者卤素元素;
优选地,X为氧元素、溴元素和碘元素中的任意一种;
优选地,所述阴极界面材料选自以下化学式中的任意一种:
其中,R为
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述碳纳米材料为石墨烯类材料,优选为碳纳米管石墨烯中的任意一种;
优选地,所述碳纳米管包括多壁碳纳米管单壁碳纳米管
优选地,所述碳纳米管包括含有杂原子掺杂的碳纳米管;
优选地,所述石墨烯包括多层石墨烯和单层石墨烯;
优选地,所述石墨烯包括含有杂原子掺杂的石墨烯;
最优选地,所述碳纳米材料为单层石墨烯。
4.根据权利要求1所述的应用,所述应用是将所述碳纳米材料分散在所述阴极界面材料的溶液中,
优选地,所述阴极界面材料的溶液为阴极界面材料醇溶液,更优选所述阴极界面材料的溶液为阴极界面材料乙醇溶液;
优选地,当所述阴极界面材料的浓度为1mg/mL时,所述碳纳米材料的最大分散浓度为
1.82-2.07mg/mL。
5.一种三维复合材料,其特征在于,其包括如权利要求2-4任一项所述的阴极界面材料和所述碳纳米材料,所述碳纳米材料均匀分散于所述阴极界面材料的溶液中。
6.根据权利要求5所述的三维复合材料,其特征在于,所述三维复合材料中所述碳纳米材料的质量含量为1-20%。
7.如权利要求5或6所述的三维复合材料的制备方法,其特征在于,包括:将碳纳米材料分散于阴极界面材料的溶液中。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,分散包括:将所述碳纳米材料、所述阴极界面材料和溶剂混合形成混合液,而后进行低温超声处理,使得所述碳纳米材料分散于所述阴极界面材料的溶液中;
优选地,所述溶剂为醇溶剂,优选为一元醇溶剂,进一步优选为乙醇溶剂;
优选地,超声处理是在温度不高于15℃的条件下进行的处理;
优选地,超声处理是在温度为0-15℃的条件下进行的处理;
更优选地,超声处理是在温度为0-5℃的条件下进行的处理;
优选地,超声处理的时间为30分钟以上;
所述制备方法还包括阴极界面材料的制备;
优选地,当阴极界面材料为
其中,R1表示具有共轭体系并含氮或氧的侧链时,阴极界面材料
的制备步骤包括:按照下式进行合成:
优选地,阴极界面材料的制备包括:将1,3,5,7-四(4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-2-二氧烷)苯基)金刚烷与含有R1基团的卤代化合物反应形成所述阴极界面材料;
优选地,所述1,3,5,7-四(4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-2-二氧硼烷)苯基)金刚烷与所述含有R1基团的卤代化合物的摩尔比为5.8-6.2:1;
优选地,所述1,3,5,7-四(4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-2-二氧硼烷)苯基)金刚烷的合成包括将1,3,5,7-四(4-碘苯基)金刚烷、联硼酸频那醇酯、乙酸和PdCl2混合反应;
优选地,所述1,3,5,7-四(4-碘苯基)金刚烷、所述联硼酸频那醇酯、所述乙酸钾和所述PdCl2的摩尔比为1:(5.8-6.2):(14-16):(0.1-0.13)。
9.一种光电器件的制备方法,其特征在于,包括将权利要求5所述的三维复合材料涂布在阴极或者活性层上。
10.一种光电器件,其特征在于,其通过权利要求9所述的光电器件的制备方法制备得到,
优选地,所述光电器件包括电池二极管、探测器、电容器和光伏器件中的任意一种;
优选地,所述电池包括太阳能电池和电化学电池
优选地,所述太阳能电池包括叠层有机太阳能电池矿太阳能电池中的任意一种;
优选地,所述二极管为有机发光二极管
优选地,所述探测器为光探测器
优选地,所述电容器为超级电容器;
最优选地,所述光电器件为光伏器件;
优选地,所述光伏器件的能量转换效率为15.6-15.8%。

说明书全文

阴极界面材料的应用、三维复合材料及其制备方法、光电器件

及其制备方法

技术领域

背景技术

[0002] 有机太阳能电池已经成为最具希望的可再生能源技术之一。基于有机半导体的光伏材料具有灵活的机械性能,通用的化学结构,重量轻,成本低。这些特性使其具有成为透明发电玻璃、零排放建筑、新能源汽车、能源循环公共场所等能源来源的潜。近年来,随着高效有机半导体技术的发展和器件制造技术的进步,有机太阳能电池的研究受到了广泛的关注。
[0003] 目前光伏器件中使用的有机半导体主要有两种类型:有机小分子受体材料和共轭聚合物给体材料。非富勒烯小分子受体通常被选为电子受体材料,源于其加工工艺被大家熟知,结构可塑性强,与聚合物给体材料的能级更匹配,从而更容易实现高效的电荷转移。制备高性能有机光伏器件的另一个关键因素是界面材料的使用。由于醇/溶界面材料的独特性质和优势,包括较低的功函数修饰、电荷重组抑制、有效提高电荷提取等。被成功地用于聚合物发光二极管和有机光伏器件的电子传输层。
[0004] 石墨烯是一种纳米材料,具有高比表面积、优异的热/电性能、高的载流子流动性和透明性、机械的柔韧性以及与溶液处理的相容性,已被应用于能源、复合材料和电子等领域。同时,基于连续可调节费米能级的石墨烯半金属带结构,使其功函数能在很大范围内进行调控。它们在光电子器件中具有较高的工作性能,经过改进后已被应用于电极和界面材料中。因此,开发有效的表面活性剂和分散方法对碳纳米材料的大规模生产和实际应用具有重要意义。
[0005] 鉴于此,特提出本发明。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供阴极界面材料的应用、三维复合材料及其制备方法、光电器件及其制备方法。
[0007] 第一方面,本发明提供一种阴极界面材料的新的应用,其可以有效分散碳纳米材料,特别是可以有效分散石墨烯,防止其聚集。
[0008] 第二方面,本发明还提供一种三维复合材料,其包括阴极界面材料和碳纳米材料,碳纳米材料均匀分散于所述阴极界面材料的溶液中,该三维复合材料可以有效地提升光电器件的光电转化效率。
[0009] 第三方面,本发明还提供一种三维复合材料的制备方法,包括:将碳纳米材料分散于阴极界面材料的溶液中。
[0010] 第四方面,本发明还提供一种光电器件的制备方法,包括将上述三维复合材料旋涂在阴极或者活性层上。
[0011] 第五方面,本发明还提供一种光电器件,其通过上述光电器件的制备方法制备得到。
[0012] 本发明具有以下有益效果:本发明利用阴极材料能够良好的分散碳纳米材料,能够有效防止碳纳米材料聚集。同时,通过将碳纳米材料分散在阴极界面材料的溶液中制备得到的三维复合材料能够显著提升光电器件的光电转换效率。附图说明
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0014] 图1为实验例1的检测结果图;
[0015] 图2为实验例2的XPS的检测结果图;
[0016] 图3为实验例2的AFM的检测结果图;
[0017] 图4为实验例2的丁达尔效应检测结果图;
[0018] 图5为实验例2的拉曼光谱图;
[0019] 图6为实验例2的XRD检测结果图;
[0020] 图7为实施例1的三维复合材料的计算理论模型示意图;
[0021] 图8为实施例2的三维复合材料的计算理论模型示意图;
[0022] 图9为实验例4的不同材料导电率的J-V曲线;
[0023] 图10为实验例6的使用不同阴极界面修饰层的太阳能电池在AM1.5G,100mW/cm2光照条件下的J-V曲线图;
[0024] 图11为实验例6的使用不同阴极界面修饰层的太阳能电池的外量子效率图。

具体实施方式

[0025] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0026] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0027] 首先,本实施提供一种阴极界面材料的新的应用,阴极界面材料可以用于分散碳纳米材料,有效防止碳纳米材料聚集。
[0028] 具体地,阴极界面材料选自以下化学式表示的阴极界面材料中的任意一种:
[0029]
[0030]其中,R1和R2均表示具有共轭体系并含氮或侧链片段
[0031] 优选地,R1选自下述结构式中的任意一种:
[0032]
[0033] R2选自下述结构式中的任意一种:
[0034]
[0035] 其中,R3为含有氮或氧的侧链;
[0036] 优选地,R3选自下述结构式中的任意一种:
[0037]其中,X为氧元素或者卤素元素;
[0038] 优选地,X为氧元素、溴元素和碘元素中的任意一种;
[0039] 优选地,所述阴极界面材料选自以下化学式中的任意一种:
[0040] 其中,R为采用阴极界面材料可以与碳纳米材料形成良好的吸附,继而可以分散和剥离碳纳米材料,防止碳纳米材料聚集,进一步扩大了阴极界面材料的应用范围。
[0041] 其中,当阴极界面材料为 其中,R1表示具有共轭体系并含氮或氧的侧链片段时,阴极界面材料的制备步骤包括:按照下式进行合成:
[0042] 具体地,是将1,3,5,7-四(4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-2-二氧烷)苯基)金刚烷与含有R1基团的卤代化合物反应形成所述阴极界面材料,进一步地,优选地,所述1,3,5,7-四(4-(4,4,5,5-四甲基-
1,3,2-2-二氧硼烷)苯基)金刚烷与所述含有R1基团的卤代化合物的摩尔比为5.8-6.2:1;
优选地,所述1,3,5,7-四(4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-2-二氧硼烷)苯基)金刚烷的合成包括将1,3,5,7-四(4-碘苯基)金刚烷、联硼酸频那醇酯、乙酸和PdCl2混合反应;优选地,所述1,3,5,7-四(4-碘苯基)金刚烷、所述联硼酸频那醇酯、所述乙酸钾和所述PdCl2的摩尔比为1:(5.8-6.2):(14-16):(0.1-0.13)。采用上述合成条件能够保证该阴极界面材料的有效合成。
[0043] 进一步地,所述碳纳米材料为石墨烯类材料,优选为碳纳米管和石墨烯中的任意一种;可选地,所述碳纳米管包括多壁碳纳米管单壁碳纳米管;可选地,所述碳纳米管包括含有杂原子掺杂的碳纳米管;可选地,所述石墨烯包括多层石墨烯和单层石墨烯;可选地,所述石墨烯包括含有杂原子掺杂的石墨烯;最优选地,所述碳纳米材料为单层石墨烯。
[0044] 进一步对,当碳纳米材料分散在阴极界面材料溶液中时,当所述阴极界面材料的浓度为1mg/mL时,所述碳纳米材料的最大分散浓度为1.82-2.07mg/mL。进一步说明了该阴极界面材料可以良好的分散碳纳米材料。
[0045] 其次,本实施例还提供一种三维复合材料,其包括上述阴极界面材料和上述碳纳米材料,上述碳纳米材料均匀分散于所述阴极界面材料的溶液中,该三维复合材料可以有效地提升光电器件的光电转化效率。
[0046] 具体地,由于阴极界面材料独特的空间结构,以及π-共轭的芳香体系和基侧链的供电性能之间的协同作用使得阴极界面材料能够良好地吸附碳纳米材料,继而保证三维复合材料的形成。
[0047] 需要说明的是,三维复合材料中采用的阴极界面材料和碳纳米材料与上述应用中采用的阴极界面材料和碳纳米材料是相同的物质。
[0048] 进一步地,碳纳米材料分散在阴极界面材料溶液中并形成三维复合材料时,三维复合材料中所述碳纳米材料的质量含量为1-20%。当碳纳米材料在上述含量范围时,可以保证三维复合材料能够显著提升光电器件的光电转换效率。
[0049] 进一步地,本发明实施例还提供一种三维复合材料的制备方法,包括:将碳纳米材料分散于阴极界面材料的溶液中。具体地,分散包括:将所述碳纳米材料、所述阴极界面材料和溶剂混合形成混合液,而后进行超声处理,使得所述碳纳米材料分散于所述阴极界面材料的溶液中。
[0050] 其中,溶剂为醇溶剂,优选为一元醇溶剂,进一步优选为乙醇溶剂。超声处理是在温度不高于15℃的低温条件下进行的处理;可选地,超声处理是在温度为0-15℃的条件下进行的处理;可选地,超声处理是在温度为0-5℃的条件下进行的处理;可选地,超声处理的时间为30分钟以上。采用上述条件更利于与三维复合材料的形成,保证其性能。
[0051] 进一步地,本发明还提供一种光电器件的制备方法,包括将上述三维复合材料涂布在阴极或者活性层上,继而能提升阴极或活性层的性能。
[0052] 进一步地,本发明还提供一种光电器件,其通过上述光电器件的制备方法制备得到。可选地,所述光电器件包括电池、二极管、探测器、电容器和光伏器件中的任意一种;可选地,所述电池包括太阳能电池和电化学电池;可选地,所述太阳能电池包括叠层有机太阳能电池矿太阳能电池中的任意一种;可选地,所述二极管为有机发光二极管;可选地,所述探测器为光探测器;可选地,所述电容器为超级电容器;可选地,所述光电器件为有机光伏器件。优选地,所述光伏器件的能量转换效率为15.6-15.8%。
[0053] 实施例1
[0054] 本实施例提供一种三维复合材料(编号为ADMAFN-G),其包括阴极界面材料和分散于阴极界面材料的单层石墨烯,阴极界面材料(编号为ADMAFN)的结构式如下:
[0055] 其中,R为
[0056] 其中,单层石墨烯的负载量为10%。
[0057] 该阴极界面材料的合成过程如下:
[0058] (1)合成化合物1—1,3,5,7-四(4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-2-二氧硼烷)苯基)金刚烷
[0059] 在圆底烧瓶中加入1,3,5,7-四(4-碘苯基)金刚烷(944mg,1mmol),联硼酸频那醇酯(1.53g,6mmol),乙酸钾(1.5g,15mmol),PdCl2(dppf)(100mg,0.12mmol),和15mL的无水DMSO,混合物用氮气置换脱氧处理15分钟。然后在80℃的条件下搅拌反应12小时,冷却至室温后加入100mL水。用氯仿对混合物进行萃取,有机相用Na2SO4干燥。真空除去溶剂,用乙酸乙酯/己烷进行重结晶,得到灰色固体化合物1(645mg,68%)。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.80(d,J=8.0Hz,2H),7.48(d,J=8.0Hz,2H),2.17(s,3H),1.33(s,12H).13CNMR(100MHz,CDCl3)δ152.51,135.01,124.48,83.71,46.93,39.49,24.85。
[0060] (2)合成化合物2—(9,9-二(3′-(N,N-二甲胺)丙基)-2-溴芴
[0061] 在氮气氛围的手套箱中,将2-溴芴(3.0g,12mmol),四丁基溴化胺(80mg)和DMSO(50mL)放入250mL的双颈瓶中。然后移出手套箱,注射12mL的氢氧化钠水溶液还有20mL3-二甲基丙基氯的DMSO溶液(5.0g,32mmol)。在45℃条件下搅拌反应12小时。反应结束后,混合物中家务50mL的水,除去体系中的无机盐。产品用乙酸乙酯萃取三次,有机层分别用水和盐水清洗,再用无水硫酸钠干燥,真空条件下除去溶剂,得到粗产品。再用甲醇/二氯甲烷(0-10%)进行梯度洗脱柱层析纯化。得到化合物2。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.68-7.62(m,1H),
7.54(d,J=8.0Hz,1H),7.48(s,1H),7.44(dd,J=8.0,1.2Hz,1H),7.32(dt,J=8.6,3.5Hz,
13
3H),2.05-1.94(m,20H),0.81-0.71(m,4H). CNMR(101MHz,CDCl3)δ152.38,149.72,
140.19,140.07,130.12,127.64,127.17,126.12,122.83,121.12,119.86,59.70,55.01,
45.30,37.69,21.99。
[0062] (3)合成ADMAFN
[0063] 在15mL的微波反应管中加入化合物1(125mg,0.3mmol),化合物2(48mg,0.05mmol),Pd(PPh3)4(10mg)催化剂,和碳酸钾(690mg,5mmol)脱氧处理15分钟.混合物在微波反应器中110℃条件下反应5小时。反应结束后,冷却至室温用甲苯萃取三次(10mL×3)。
有机相用水和食盐水分别洗涤三次后无水硫酸钠干燥。真空条件下去除溶剂后,将粗产物溶解在二氯甲烷中,用TLC薄层色谱板分离,展开剂条件为二氯甲烷:甲醇:三乙胺=100:
10:3。得到45mg的终产物ADMAFN(51%)。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.84-7.52(m,8H),7.40-
7.27(m,3H),2.35(s,3H),2.12-1.84(m,20H),0.92-0.73(m,4H).13CNMR(100MHz,CDCl3)δ
150.82,150.35,148.39,140.88,140.41,139.87,139.87,139.60,127.18,127.01,126.10,
125.56,122.84,121.35,120.02,119.82,59.83,54.82,47.50,45.26,39.31,37.85,22.03.[0064] 本发明实施例还提供一种三维复合材料的制备方法,包括:
[0065] 将0.02毫克单层石墨烯、0.2毫克阴极界面材料和1mL乙醇进行混合,而后进行超声处理,超声处理的温度为0℃,超声时间为30分钟以上。
[0066] 实施例2
[0067] 参照实施例1的制备方法制备三维复合材料(编号为POSSFN-G),区别在于阴极界面材料(编号为POSSFN)的结构式为 R为 且该阴极界面材料的合成参见专利号为:CN201610817239.7的申请,其他物质以及操作条件均不变。
[0068] 实施例3
[0069] 参照实施例1的制备方法制备三维复合材料,区别在于将单层石墨烯替换为双层石墨烯,其他物质以及操作条件均不变。
[0070] 实施例4
[0071] 参照实施例1的制备方法制备三维复合材料,区别在于阴极界面材料的为POSSFN,其他物质以及操作条件均不变。
[0072] 实施例5-实施例7
[0073] 制备实施例1的三维复合材料,区别在于,制备过程中的操作条件有所不同。具体地:
[0074] 实施例5:单层石墨烯的负载量为1%,超声温度为-5℃,超声时间为30分钟以上。
[0075] 实施例6:单层石墨烯的负载量为10%,超声温度为0℃,超声时间为30分钟以上。
[0076] 实施例7:单层石墨烯的负载量为20%,超声温度为5℃,超声时间为30分钟以上。
[0077] 对比例1:按照实施例1的制备方法制备该三维复合材料,区别在于:负载于单层石墨烯上的物质为线性材料聚(p-(N,N-二甲氨基)苯乙烯)(编号为PSN),而利用PSN制备得到的三维复合材料编号为PSN-G。
[0078] 对比例2:为实施例1提供的单层石墨烯。
[0079] 实验例1
[0080] 检测对比例1、实施例1和实施例2的阴极界面材料对石墨烯的分散性能
[0081] 将石墨烯分别分散在对比例1、实施例1和实施例2的阴极界面材料的乙醇溶液中,而后进行超声,超声后直接进行检测,在660nm处的吸收光谱计算的石墨烯浓度。
[0082] 参加图1,根据图1可知,随着阴极界面材料或线性材料的浓度的增加,石墨烯的浓度先增加后降低。经过优化之后可知,当PSN浓度为4mg/mL时,石墨烯的浓度最大分散浓度为1.38mg/mL;当ADMAFN浓度为1mg/mL时,石墨烯的最大分散浓度为1.82mg/mL;当POSSFN为1mg/mL时,石墨烯的最大分散浓度为2.07mg/mL。阴极界面材料在醇相体系中对石墨烯的相对高浓度分散能力,在许多使用低沸点绿色溶剂的应用中是非常重要的。
[0083] 实验例2
[0084] 利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子光谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和丁达尔效应表征PSN、ADMAFN和POSSFN对石墨烯的分散特性。
[0085] 检测结果参见图2-图6。图2为石墨烯的XPS的检测结果图;图3为AFM的检测结果图;图4为丁达尔效应检测结果图;图5为拉曼光谱图;图6为XRD检测结果图。
[0086] 根据图2可知,石墨烯晶格中的sp2杂化C=C双键结合能峰出现在284.5eV处,并占据了主导地位。sp3杂化C-C单键的较为微弱的结合能峰出现在285.3eV处,证实了石墨烯片层缺陷含量较低。
[0087] 根据图3可知,ADMAFN分散后,石墨烯横向尺寸约为300nm,厚度约为1.24nm。根据50片石墨烯薄片的厚度分布,大部分石墨烯薄片的平均厚度为1.657nm,主要为单层石墨烯。
[0088] 图5中(a)为无分散剂也就是阴极界面材料的石墨烯的拉曼光谱图,(b)为PSN分散的石墨烯的拉曼光谱图,(c)为ADMAFN分散的石墨烯的拉曼光谱图,(d)为POSSFN分散的石墨烯的拉曼光谱图。根据图5可知,石墨烯晶格中的边缘/缺陷引起的D峰出现在1344cm-1处,sp2杂化的C=C双键引起的G峰出现在1583cm-1位置。2D峰出现在2689cm-1的位置,它与G峰的强度比跟石墨烯的层数相关,证实三维复合材料中形成的少量层状石墨烯。
[0089] 根据图6可知,单纯的单层石墨烯在26.4°有尖锐的衍射峰,而PSN,ADMAFN和POSSFN分散的石墨烯(1mg/mL的阴极界面材料溶液中有10wt%石墨烯)在10-40°范围内没有出现任何衍射峰,说明结合了少层或单层石墨烯。
[0090] 实验例3
[0091] 为了验证实施例1-实施例2的三维复合材料从理论上也可以制备得到,同时,验证阴极界面材料可以分散碳纳米材料,发明人计算了对应阴极界面材料在单层石墨烯和双层石墨烯上的吸附能,并利用分子动力学加上标准的周期性边界条件和周期密度泛函理论同时来进行。分析结果参见表1和图7-图8。
[0092] 图7为实施例1的三维复合材料的理论模型,其中,图7中a为三维复合材料的侧面示意图,图7中b为三维复合材料的俯视示意图。图8为实施例2的三维复合材料的理论模型,其中,图8中a为三维复合材料的侧面示意图,图8中b为三维复合材料的俯视示意图。
[0093] 表1
[0094]
[0095] 根据上述结果可知,阴极界面材料POSSFN(-6.37eV)和ADMAFN(-4.01eV)对单层石墨烯的吸附能远大于线性材料PSN(-0.64eV)。与ADMAFN相比,POSSFN具有更大的吸附能。这在于三维材料独特的空间结构以及π-共轭的芳香体系和氨基侧链的供电性能之间的协同作用,使得POSSFN材料在石墨烯表面的吸附能大于具有刚性主核的ADMAFN材料。
[0096] 实验例4
[0097] 采用空间电荷限流法(SCLC)测定了单纯的PSN,ADMAFN、POSSFN、实施例1、实施例2以及对比例1三维复合材料的电导率,器件结构为ITO/石墨烯复合材料/Al。
[0098] 检测结果参见图9,根据检测结果可知,加入石墨烯后,绝缘材料PSN,ADMAFN和POSSFN变成了半导体材料,导电率提高至3.05×10-5S/cm(对比例1),6.09×10-5S/cm(实施例1),1.41×10-4S/cm(实施例2)。
[0099] 实验例5
[0100] 采用扫描开尔文显微镜(ScanningKelvinprobemicroscopy)测量了实施例1、实施例2和对比例1的三维复合材料在各种基片上的功函数。检测结果参见表2-表4。
[0101] 表2具有不同比例石墨烯的PSN-G在不同基片上测量的功函数
[0102]
[0103] 表3具有不同比例石墨烯的ADMAFN-G在不同基片上测量的功函数
[0104]
[0105]
[0106] 表4具有不同比例石墨烯的POSSFN-G在不同基片上测量的功函数
[0107]
[0108] 根据表2-表4可知,PSN-G在ITO和蒸金电极上的功函数降低到4.06-4.17eV,在蒸镀电极上的功函数降低到3.55-3.80eV.三维复合材料AMDAFN-G在ITO电极和蒸镀金电极上的功函数降低了大约~0.90eV,在蒸镀银电极上的功函数降低了大约0.92-1.01eV.三维复合材料POSSFN-G在ITO电极、蒸镀金电极和蒸镀银电极上的功函数都降低了大约0.40~0.64eV。
[0109] 实验例6
[0110] 选用了经典的活性层体系,由给体材料采用PM6和受体材料是Y6组成,利用实施例1、实施例2和对比例1的三维复合材料制备结构为ITO/PEDOT:PSS-GO/PM6:Y6/复合材料/Al(100nm)的光伏器件,而后进行光电转换效率检测,检测结果参见图10-图11和表5。
[0111] 表5检测结果
[0112]
[0113] 根据上述检测结果可知,直接用作为阴极界面材料的器件能量转换效率(PCE)为13.55%(Voc=0.842V,Jsc=22.54mA/cm2,FF=71.38%),使用PSN作为阴极界面修饰材料的器件PCE为14.79%(Voc=0.845V,Jsc=24.49mA/cm2,FF=71.47%),使用ADMAFN作为阴极界面修饰材料的器件PCE为15.15%(Voc=0.851V,Jsc=24.43mA/cm2,FF=72.87%),使用POSSFN作为阴极界面修饰材料的器件PCE为15.03%(Voc=0.853V,Jsc=24.24mA/cm2,FF=72.66%)。当使用含有石墨烯的阴极界面修饰复合材料作为阴极界面修饰层时,PSN-G材料的PCE为15.38%(Voc=0.846V,Jsc=24.57mA/cm2,FF=74.01%),ADMAFN-G材料的PCE为15.81%(Voc=0.845V,Jsc=24.98mA/cm2,FF=74.91%),POSSFN-G材料的PCE为15.60%(Voc=0.849V,Jsc=24.85mA/cm2,FF=73.93%),说明本申请的三维复合材料能提升光伏器件的光电转换效率。
[0114] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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