技术领域
本申请属于光电技术领域,特别是涉及一种有机分子薄膜及其制备方法、 光电器件。
背景技术
由于聚合物呈现多种性质,其薄膜在各种领域都有广泛的应用前景。
聚合物薄膜的制备,常采用的手段有旋涂,刮涂等。对于旋涂聚合物薄 膜,通过旋转速度、旋转时间以及溶液浓度、粘度的调节以及溶剂的选择, 可以得到厚度连续变化的薄膜。但是优化上述条件之后聚合物的薄膜存在一 个最大的薄膜厚度,如果需要超过此最大厚度的薄膜,通过减少转速与旋转 时间,以及通过增加溶液浓度都不可能实现。而且,当聚合物的浓度较高时, 会出现聚合物的溶解困难,所得到的薄膜粗糙度增加。但是在实际应用中, 往往需要更厚的旋涂薄膜。
以有机光伏应用为例,在一定厚度范围内,聚合物薄膜厚度增加可以增 加对太阳光的吸收,增加载流子浓度,从而提高器件电流,最终提高性能。 因而,需要一种能够增加聚合物薄膜厚度的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机分子薄膜及其制备方法、光电器件,以 克服现有技术的不足。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开一种掺杂有碳纳米管的有机分子薄膜。
优选的,在上述的有机分子薄膜中,有机分子可以为聚合物或有机半导 体分子。聚合物包括但不限于如下种类聚合物单独使用或混合使用:聚酯(如 聚甲基丙烯酸甲酯)、聚芳酯、聚酰胺(如聚酰胺66)、聚吡咯及其衍生物、聚 苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚硅氧烷、聚醚(如聚苯醚)、聚乙烯及 其衍生物、聚乙炔、聚碳酸酯、聚丙烯腈。半导体分子包括但不限于下列某 一单独半导体或其混合物:聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯胺 及其衍生物、聚芴及其衍生物、并五苯、酞菁、亚酞菁、卟啉、菁、苝、C60。
优选的,在上述的有机分子薄膜中,所述有机分子薄膜中,所述碳纳米 管的质量占比为大于0,且小于1%。碳纳米管可以为半导体性碳纳米管,也 可以为金属性碳纳米管;碳纳米管可以为单壁碳纳米管,也可以为多壁碳纳 米管;碳纳米管可以单分散状态存在,也可以为多个碳纳米管聚集状态;碳 纳米管可以为单一手性的碳纳米管,也可以是多种手性碳纳米管的混合物。
优选的,在上述的有机分子薄膜中,所述有机分子包括P3HT、P3DDT 和PCBM。
相应地,本申请实施例还公开了一种有机分子薄膜的制备方法,包括步 骤:
s1、将碳纳米管溶解于分子溶液中,分散、离心后获得上清液(碳纳米管 被分子包覆);
s2、制备有机分子溶液;
s3、将上清液和有机分子溶液混合,然后通过旋涂方式获得掺杂有碳纳米 管的有机分子薄膜。
优选的,在上述的有机分子薄膜的制备方法中,所述分子溶液为P3DDT 溶液。分子溶液中的分子可以是有机小分子也可以是有机高分子。包括但不 限于如下分子或其混合物:葡萄糖、氨基酸、多肽、DNA、SDS、曲拉通、丙 烯酸、对苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚芴及其衍生物、聚噻吩及其 衍生物。
优选的,在上述的有机分子薄膜的制备方法中,所述有机分子溶液为 P3HT与PCBM的混合溶液。
优选的,在上述的有机分子薄膜的制备方法中,具体包括步骤:
(1)、称量10重量份的P3DDT与3重量份的碳纳米管置于甲苯溶液中, 之后超声、离心,去除沉淀得到第一上清液;
(2)、通过抽滤去除第一上清液中的溶剂,之后将得到的P3DDT与碳纳 米管的混合物置于邻二氯苯溶剂中,超声、离心,去除沉淀得到第二上清液;
(3)、称量6重量份的P3HT与6重量份的PCBM置于邻二氯苯溶剂中, 均匀混合后获得有机分子溶液;
(4)、将第二上清液加入到有机分子溶液中,均匀混合后,通过旋涂的 手段涂覆于PEDOT/PSS上,获得有机分子薄膜。
本申请实施例还公开了一种光电器件,包括上述的有机分子薄膜。
本申请实施例还公开了一种控制有机分子薄膜厚度的方法,有机分子溶 液中掺杂不同含量的碳纳米管,以旋涂方式制备成不同厚度有机分子薄膜。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1)、通过旋涂得到的有机分子薄膜较为均匀。
2)、通过掺杂方式实现薄膜厚度增加,实现薄膜厚度纳米量级提高。
3)、对于光电/电光应用领域,此种方法得到的有机分子薄膜在厚度增加 的同时,不会显著降低薄膜的载流子迁移率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面 描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例,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的附图。
图1所示为本发明具体实施例中聚合物薄膜厚度与碳纳米管掺杂含量的 关系曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明 的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例 示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的,并且 本发明并不限于这些实施方式。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在 附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省 略了与本发明关系不大的其他细节。
以碳纳米管掺杂聚合物P3HT与有机分子PCBM的混合溶液旋涂制备薄 膜为例:
称量P3DDT(聚3-十二烷基噻吩)10mg与碳纳米管3mg置于6ml甲苯 溶液中,之后将此溶液超声4小时,10000g离心力离心4小时,去除沉淀得 到上清溶液。
另外称量6mgP3HT(聚3-己基噻吩)与6mgPCBM(苯基C60-丁酸甲酯) 置于300ul邻二氯苯溶剂中,50°搅拌一定时间使二者均匀混合,得到聚合物 溶液。
将上清溶液通过抽滤去除溶剂,之后将得到的P3DDT与碳纳米管的混合 物置于邻二氯苯溶剂中,超声一定的时间,离心去除沉淀之后得到更换溶剂 后的上清液。之后将更换溶剂后的上清液以一定比例加入到P3HT与PCBM 的混合溶液中,最终得到P3HT、PCBM、P3DDT与碳纳米管的混合溶液,将 此溶液在一定温度下搅拌适当时间,使其混合均匀。
之后将上述的混合溶液以适当的体积涂覆于基底PEDOT/PSS上并旋涂, 以600rpm旋涂60秒为例,添加不同含量的碳纳米管得到的膜厚分别为 287nm,292nm,311nm,而同等条件下,不加碳纳米管的薄膜厚度为281nm, 碳纳米管含量与膜厚的关系如图1所示。
本发明方法制备的厚度增加的薄膜,可以应用于光催化、电光转换、光 电转换等领域。
最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意 在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者 设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包 括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。