無機摻雜有機聚合物材料及其製備方法和應用的製作方法
2023-08-13 08:41:41
無機摻雜有機聚合物材料及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種無機摻雜有機聚合物材料及其製備方法和應用，組分及各組分質量份數如下：p型有機聚合物PEDOT:PSS40~60份，甲基丙烯酸甲酯10~20份，聚乙烯咔唑5~15份，CdSe6~18份，磷鉬酸2~8份，氧化鋅1~4份，過渡金屬氧化物0.08~0.56份，氟化鋰1~3份，SiAlON0.01~0.06份，碳酸銫0.2~0.8份，引發劑3~6份，丙酮10~18份。無機物作為光活性層中的電子受體和電極的界面層，摻雜無機物後，可以提高有機材料的載流子遷移率，明顯地提高載流子的傳輸和分離速率，應用在太陽能電池上，可以有效提高有機聚合物太陽能電池的光電轉換效率。
【專利說明】無機摻雜有機聚合物材料及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬於太陽能電池材料【技術領域】，具體涉及一種無機摻雜有機聚合物材料及 其製備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 為了緩解人類生存和世界發展進程中所需要的大量能源的嚴峻狀況，近些年來世 界各國的科學家和政府都將目光和重點轉向了開發可再生能源和新型能源上，例如風能、 水能、太陽能等都受到了極大地關注。太陽能作為一種新能源，與常用的能源如化石燃料 (煤炭、石油、天然氣）以及核燃料相比有下列幾個特點：1、太陽能具有極大地廣泛性，太陽 能輻射無處不在，隨時隨地都可以對太陽能進行利用，太陽的壽命長久，對於人類來說太陽 能可謂無窮盡，因此太陽能的這種特性對於交通不便以及偏遠和偏僻的地區就會更突出它 的優越性。2、太陽能是一種清潔性能源，我們現實生活中所用的化石能源在燃燒時會釋放 出大量的不同種類氣體，核燃料工作時要排出放射性廢料，化石能源的燃燒都會使環境遭 受到汙染。因此人類如果直接利用太陽能進行發電，就可以很大程度上減小在使用化石能 源上所產生的環境汙染。3、太陽能具有一定的分散性，太陽的輻照雖然遍及全球，但平均到 每單位面積上進行計算的時候，其入射功率非常之小，如果要想得到較大的功率，就必須增 大受光面積，使之可以達到得到充足能量的面積。4、太陽能具有一定的間歇性，太陽與地球 的高度角時時刻刻都在不停歇的變化，而且這種高度角的變化程度與地面的緯度也是有一 定關聯的。因為太陽能取之不盡用之不竭，分布廣，無汙染，使用長久，能量巨大等多方面特 點尤其受到矚目，太陽能電池是作為直接把太陽能轉化為電能而供人類使用的器件，成為 了世界各國和各個大學研究的重點和熱點內容。
[0003] 關於太陽能光電研究和應用取得了許多重大進展，最初主要集中於單晶材料為 主的無機太陽能電池。在隨後的發展中多晶材料、帶狀多晶矽材料、絲網印刷等技術的出現 都大大推動了太陽能光電技術的研究和進展。隨著光伏技術的發展和人們的重視，太陽能 電池具有諸如壽命長、無汙染、無噪聲等優點。然而無機太陽能電池具有成本高、缺陷多、生 產工藝繁瑣等因素，不適合大面積生產。而有機半導體材料很好的克服了這些缺陷，具有 可溶液生產，活性層聚合物的結構可通過合成來調控，生產工藝相對簡單，無汙染，輕便 易攜，可實現柔性、大面積生產等優勢，大大拓寬了太陽能電池的研究範圍，成為太陽能 電池材料研究的新方向。由於受到電導率的限制有機太陽能電池活性層的厚度只能有幾百 納米，但是有機半導體對光的吸收係數非常高，使得這層薄薄的活性層能夠吸收足夠的光 從而表現出了明顯的光伏特性。引入光柵、疊層電池、多界面等光利用技術能進一步提高光 在有機太陽能電池中的的吸收和利用。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種無機摻雜有機聚合物材料及其製備方法和應用，無機摻 雜有機聚合物材料融合了有機物低成本和無機物高效率的優勢，無機物作為光活性層中的 電子受體和電極的界面層，摻雜無機物後，可以提高有機材料的載流子遷移率，明顯地提高 載流子的傳輸和分離速率，應用在太陽能電池上，可以有效提高有機聚合物太陽能電池的 光電轉換效率。
[0005] 為了實現上述目的，本發明採用的技術手段為： 一種無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：P型有機聚合物 PED0T:PSS 40?60份，甲基丙烯酸甲酯1(Γ20份，聚乙烯咔唑5?15份，CdSe6?18份，磷鑰酸 2?8份，氧化鋅1?4份，過渡金屬氧化物0. 08?0. 56份，氟化鋰1?3份，SiAlON 0. 01?0. 06 份，碳酸銫0. 2?0. 8份，引發劑:Γ6份，丙酮1(Γ18份。
[0006] 所述過渡金屬氧化物為NiO或者V205。
[0007] 所述引發劑為偶氮二異丁氰。
[0008] 無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：p型有機聚合物 PED0T:PSS 45?55份，甲基丙烯酸甲酯14?18份，聚乙烯咔唑8?12份，CdSe 1(Γ15份，磷 鑰酸4飛份，氧化鋅2?3份，過渡金屬氧化物0. 18?0. 36份，氟化鋰1. 5?2. 6份，SiAlON 0. 03?0. 05份，碳酸銫0. 4?0. 7份，引發劑4飛份，丙酮12?16份。
[0009] 無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：ρ型有機聚合物 PED0T:PSS 50份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 13份，磷鑰酸5份，氧 化鋅2. 5份，過渡金屬氧化物0. 22份，氟化鋰2份，SiAlON 0. 04份，碳酸銫0. 55份，引發 劑4. 5份，丙酮14份。
[0010] 無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：P型有機聚合物 PED0T:PSS 48份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 12份，磷鑰酸4. 8份， 氧化鋅2份，過渡金屬氧化物0. 33份，氟化鋰1. 9份，SiAlON 0. 032份，碳酸銫0. 48份， 引發劑4. 5份，丙酮16份。
[0011] 所述無機摻雜有機聚合物材料的製備方法，包括如下步驟： 1) 將P型有機聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引發劑加入到丙酮 中，混合均勻，攪拌，得有機物料； 2) 將CdSe、磷鑰酸、氧化鋅、過渡金屬氧化物、氟化鋰、SiAlON和碳酸銫混合均勻，研磨 至物料細度在20(Γ400目，得無機物料； 3) 將步驟2)得到的無機物料添加到步驟1)得到的有機物料中，加熱至9(T150°C，高 速攪拌，攪拌速度為100(Tl800rpm，攪拌2(T40min，降溫至30°C，得到無機摻雜有機聚合物 材料。
[0012] 步驟2)中研磨至物料細度在400目。
[0013] 步驟3)中攪拌速度為1600rpm，攪拌30min。
[0014] 所述無機摻雜有機聚合物材料在太陽能電池中的應用。
[0015] 有益效果：本發明提供的一種無機摻雜有機聚合物材料及其製備方法和應用，無 機摻雜有機聚合物材料融合了有機物低成本和無機物高效率的優勢，無機物作為光活性層 中的電子受體和電極的界面層，摻雜無機物後，可以提高有機材料的載流子遷移率，明顯地 提高載流子的傳輸和分離速率，應用在太陽能電池上，可以有效提高有機聚合物太陽能電 池的光電轉換效率。
【具體實施方式】
[0016] 實施例1 一種無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：P型有機聚合物 PED0T:PSS 40份，甲基丙烯酸甲酯10份，聚乙烯咔唑5份，CdSe6份，磷鑰酸2份，氧化鋅 1份，過渡金屬氧化物NiO 0. 08份，氟化鋰1份，SiAlON 0. 01份，碳酸銫0. 2份，引發劑偶 氮二異丁氰3份，丙酮10份。
[0017] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將P型有機聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引發劑加入到丙酮 中，混合均勻，攪拌，得有機物料； 2) 將CdSe、磷鑰酸、氧化鋅、過渡金屬氧化物、氟化鋰、SiAlON和碳酸銫混合均勻，研磨 至物料細度在400目，得無機物料； 3) 將步驟2)得到的無機物料添加到步驟1)得到的有機物料中，加熱至120°C，高速攪 拌，攪拌速度為1600rpm，攪拌30min，降溫至30°C，得到無機摻雜有機聚合物材料。
[0018] 實施例2 一種無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：P型有機聚合物 PED0T:PSS 60份，甲基丙烯酸甲酯20份，聚乙烯咔唑15份，CdSe 18份，磷鑰酸8份，氧 化鋅4份，過渡金屬氧化物NiO 0.56份，氟化鋰3份，SiAlON 0.06份，碳酸銫0.8份，引發 劑偶氮二異丁氰6份，丙酮18份。
[0019] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將P型有機聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引發劑加入到丙酮 中，混合均勻，攪拌，得有機物料； 2) 將CdSe、磷鑰酸、氧化鋅、過渡金屬氧化物、氟化鋰、SiAlON和碳酸銫混合均勻，研磨 至物料細度在400目，得無機物料； 3) 將步驟2)得到的無機物料添加到步驟1)得到的有機物料中，加熱至120°C，高速攪 拌，攪拌速度為1600rpm，攪拌30min，降溫至30°C，得到無機摻雜有機聚合物材料。
[0020] 實施例3 無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：P型有機聚合物PED0T:PSS 45份，甲基丙烯酸甲酯14份，聚乙烯咔唑8份，CdSe 10份，磷鑰酸4份，氧化鋅2份，過 渡金屬氧化物V2O5 0. 18份，氟化鋰1. 5份，SiAlON 0. 03份，碳酸銫0. 4份，引發劑偶氮二 異丁氰4份，丙酮12份。
[0021] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將P型有機聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引發劑加入到丙酮 中，混合均勻，攪拌，得有機物料； 2) 將CdSe、磷鑰酸、氧化鋅、過渡金屬氧化物、氟化鋰、SiAlON和碳酸銫混合均勻，研磨 至物料細度在400目，得無機物料； 3) 將步驟2)得到的無機物料添加到步驟1)得到的有機物料中，加熱至120°C，高速攪 拌，攪拌速度為1600rpm，攪拌30min，降溫至30°C，得到無機摻雜有機聚合物材料。
[0022] 實施例4 無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：P型有機聚合物PED0T:PSS 55份，甲基丙烯酸甲酯18份，聚乙烯咔唑12份，CdSe 15份，磷鑰酸6份，氧化鋅3份，過 渡金屬氧化物V2O5 0. 36份，氟化鋰2. 6份，SiAlON 0. 05份，碳酸銫0. 7份，引發劑偶氮二 異丁氰5份，丙酮16份。
[0023] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將P型有機聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引發劑加入到丙酮 中，混合均勻，攪拌，得有機物料； 2) 將CdSe、磷鑰酸、氧化鋅、過渡金屬氧化物、氟化鋰、SiAlON和碳酸銫混合均勻，研磨 至物料細度在400目，得無機物料； 3) 將步驟2)得到的無機物料添加到步驟1)得到的有機物料中，加熱至120°C，高速攪 拌，攪拌速度為1600rpm，攪拌30min，降溫至30°C，得到無機摻雜有機聚合物材料。
[0024] 實施例5 無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：P型有機聚合物PED0T:PSS 50份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 13份，磷鑰酸5份，氧化鋅2. 5份， 過渡金屬氧化物NiO 0.22份，氟化鋰2份，SiAlON 0.04份，碳酸銫0.55份，引發劑偶氮二 異丁氰4. 5份，丙酮14份。
[0025] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將P型有機聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引發劑加入到丙酮 中，混合均勻，攪拌，得有機物料； 2) 將CdSe、磷鑰酸、氧化鋅、過渡金屬氧化物、氟化鋰、SiAlON和碳酸銫混合均勻，研磨 至物料細度在400目，得無機物料； 3) 將步驟2)得到的無機物料添加到步驟1)得到的有機物料中，加熱至120°C，高速攪 拌，攪拌速度為1600rpm，攪拌30min，降溫至30°C，得到無機摻雜有機聚合物材料。
[0026] 實施例6 無機摻雜有機聚合物材料，組分及各組分質量份數如下：P型有機聚合物PED0T:PSS 48份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 12份，磷鑰酸4. 8份，氧化鋅2份， 過渡金屬氧化物V2O5 0. 33份，氟化鋰1. 9份，SiAlON 0. 032份，碳酸銫0. 48份，引發劑偶 氮二異丁氰4. 5份，丙酮16份。
[0027] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將P型有機聚合物PEDOT:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引發劑加入到丙酮 中，混合均勻，攪拌，得有機物料； 2) 將CdSe、磷鑰酸、氧化鋅、過渡金屬氧化物、氟化鋰、SiAlON和碳酸銫混合均勻，研磨 至物料細度在400目，得無機物料； 3) 將步驟2)得到的無機物料添加到步驟1)得到的有機物料中，加熱至120°C，高速攪 拌，攪拌速度為1600rpm，攪拌30min，降溫至30°C，得到無機摻雜有機聚合物材料。
[0028] 對實施例Γ6得到的無機摻雜有機聚合物材料進行導電性能以及應用在太陽能 電池中的光電轉換效率測試，結果見表1。
[0029] 表 1 :
【權利要求】
1. 一種無機摻雜有機聚合物材料，其特徵在於組分及各組分質量份數如下：p型有機 聚合物PEDOT:PSS 40?60份，甲基丙烯酸甲酯10?20份，聚乙烯咔唑5?15份，CdSe6?18 份，磷鑰酸2~8份,氧化鋅1~4份，過渡金屬氧化物0. 08~0. 56份,氟化鋰1~3份，SiAlON 0. 01?0. 06份，碳酸銫0. 2?0. 8份，引發劑:T6份，丙酮10?18份。
2. 根據權利要求1所述無機摻雜有機聚合物材料，其特徵在於：所述過渡金屬氧化物 為NiO或者V205。
3. 根據權利要求1所述無機摻雜有機聚合物材料，其特徵在於：所述引發劑為偶氮二 異丁氰。
4. 根據權利要求1所述無機摻雜有機聚合物材料，其特徵在於組分及各組分質量份數 如下：P型有機聚合物PED0T:PSS 45?55份，甲基丙烯酸甲酯14?18份，聚乙烯咔唑8?12 份，CdSe l(Tl5份,磷鑰酸4?6份,氧化鋅2?3份，過渡金屬氧化物0. 18?0. 36份,氟化鋰 1. 5?2. 6份，SiAlON 0. 03?0. 05份，碳酸銫0. 4?0. 7份，引發劑4?5份，丙酮12?16份。
5. 根據權利要求4所述無機摻雜有機聚合物材料，其特徵在於組分及各組分質量份數 如下：P型有機聚合物PED0T:PSS 50份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 13份，磷鑰酸5份，氧化鋅2. 5份，過渡金屬氧化物0.22份，氟化鋰2份，SiAlON 0.04份， 碳酸銫0. 55份，引發劑4. 5份，丙酮14份。
6. 根據權利要求4所述無機摻雜有機聚合物材料，其特徵在於組分及各組分質量份數 如下：P型有機聚合物PED0T:PSS 48份，甲基丙烯酸甲酯16份，聚乙烯咔唑10份，CdSe 12份，磷鑰酸4. 8份，氧化鋅2份，過渡金屬氧化物0.33份，氟化鋰1.9份，SiAlON 0.032 份，碳酸銫0. 48份，引發劑4. 5份，丙酮16份。
7. 權利要求1所述無機摻雜有機聚合物材料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟： 1) 將P型有機聚合物PED0T:PSS、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑和引發劑加入到丙酮 中，混合均勻，攪拌，得有機物料； 2) 將CdSe、磷鑰酸、氧化鋅、過渡金屬氧化物、氟化鋰、SiAlON和碳酸銫混合均勻，研磨 至物料細度在200?400目，得無機物料； 3) 將步驟2)得到的無機物料添加到步驟1)得到的有機物料中，加熱至9(T150°C，高 速攪拌，攪拌速度為100(Tl800rpm，攪拌2(T40min，降溫至30°C，得到無機摻雜有機聚合物 材料。
8. 根據權利要求7所述無機摻雜有機聚合物材料的製備方法，其特徵在於：步驟2)中 研磨至物料細度在400目。
9. 根據權利要求7所述無機摻雜有機聚合物材料的製備方法，其特徵在於：步驟3)中 攪拌速度為1600rpm，攪拌30min。
10. 權利要求1所述無機摻雜有機聚合物材料在太陽能電池中的應用。
【文檔編號】H01L51/44GK104393178SQ201410641438
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】黃新東, 劉天人 申請人:無錫中潔能源技術有限公司