一种基于复合材料封装有机光电器件的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于复合材料封装有机光电器件的方法，包括以下制备步骤：1）在制备好的有机光电器件表面制备防渗透致密层薄膜，厚度为2‑100 nm；2）在上述样品表面制备疏水层薄膜，厚度为1‑20 nm；3）重复步骤1）和2）以制备多复合封装层，重复次数≥1。与现有技术相比，本发明专利技术具有以下有益效果：通过本发明专利技术中的封装工程，结合了金属氧化物的致密性和疏水层的抗水性，极大地提升了器件的抗水氧能力，提升了器件在空气中储存的寿命；通过本发明专利技术中的封装工程，由于出色的密封性能，使得降解反应产物被封锁在器件中，使反应不能持续发生，有效地阻止了有机光电器件在工作环境（光照、热量）中的持续降解，提升了器件的工作寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合材料封装有机光电器件的方法
本专利技术涉及一种基于复合材料封装有机光电器件的方法，包括封装材料的选择和复合封装层的制备工艺。
技术介绍
近年来，有机光电材料及器件由于其低成本、高效率等优势得到了广发关注，但是由于有机材料本身稳定性问题，导致器件寿命较短，无法适应商业化应用，以钙钛矿太阳能电池为例。钙钛矿太阳能电池由于其高光电转化效率、可直接调谐的光学带隙、高的空穴/电子传输能力、低成本可溶液制备、高结晶度和一定的柔性，在工业应用上具有巨大的潜在价值。经过几年研究人员的努力，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从最初的3.8％提升到了25.2％，已经超越了多晶硅太阳能电池。尽管如此，稳定性差、寿命短等问题极大地限制了钙钛矿太阳能电池的商业应用。钙钛矿太阳电池的工作寿命主要取决于钙钛矿层的稳定性以及器件整体的密封性能和抗水氧能力。在一个没有采取防护措施的钙钛矿太阳能电池器件中，水氧可以轻松通过传输层中的孔洞到达钙钛矿表面，并使其分解，而在器件的工作条件下，光照和热量更是无法避免。而这些因素均会导致钙钛矿层的降解，造成器件光电转化效率下降，缩短器件的工作寿命。目前，有关提升钙钛矿太阳电池寿命的方法主要有：通过掺杂、使用添加剂等方式改变钙钛矿的晶体结构，或使晶体结构更加稳固；通过提升器件的密封性能以提升器件的抗水氧能力，手段主要包括：使用稳定且致密的传输层材料以及封装等手段；而采取这些方法会使钙钛矿器件的制备工艺变得更为复杂，重复性更差，同时可能损害器件的光电转化效率，而最终对器件寿命的提升却不足以支撑其商业应用。在器件表面沉积封装层也是一种可以延缓有机光电材料降解的有效方法。近几年发展的封装技术包括：紫外光固化和热固化环氧树脂、玻璃包覆层、沉积氧化物、包覆吸水材料和疏水有机物等。紫外光固化和热固化环氧树脂是最常用的封装手段，其优势在于工艺过程简单，易于操作，在低湿度下，对有机光电材料能起到一定的保护作用，是适用于样品在空气中短暂保存的封装手段，其缺点也十分明显，首先紫外光和热量都是能造成有机光电材料分解的因素，操作不当容易使得有机光电材料发生降解。例如，Ma等人(AdvancedEnergyMaterials,2020,1902472)利用低成本的紫外固化胶和石蜡对钙钛矿太阳能电池进行封装，使得器件在工作1000小时后仍能保持80％的初始效率。由于封装层致密性不佳，难以完全阻挡水蒸气入侵，封装效果仍有提升空间。玻璃封装通常使用激光对玻璃局部加热至熔点(>380℃)，从而完全包覆有机光电器件，激光加工具有独特的优势，在于其精确性，该工艺可用于精密器件的封装。但同样，激光辅助玻璃封装也存在其问题，在玻璃封装前，器件通常需要预沉积隔热材料以应对激光处理中的高温，这一举动无疑增加了封装工艺的复杂性，提升了制备成本。沉积致密、稳定的氧化物薄膜(Al2O3、B2O3、ZnO等)同样是有效的封装手段，具体工艺方法包括：溶液法、化学气相沉积、原子层沉积等，溶液法对设备的要求最低，但制备的薄膜缺陷较多，而使用化学气相沉积和原子层沉积等真空沉积技术，虽然可以取得质量非常高的氧化物薄膜。Lv等人(AcsAppliedMaterials&Interfaces，2018，10(28):23928-23937)设计了新型堆叠结构的原子层沉积Al2O3封装层(Al2O3/Al2O3(TMA)/Al2O3)。其利用了原子层沉积的中间体作为吸水层，进一步提升了氧化物薄膜的防水性能。基于该复合封装层的钙钛矿太阳能电池在大气环境中储存1000小时后，仍能保持初始效率的97％。但是由于没有解决封装层的亲水性问题，导致在长期储存时的封装效果下降。最近，许多有机物或聚合物材料(PMMA、EVA、PVB、PVDF等)被作为疏水层或吸水层用于有机光电器件的封装。相较于氧化物薄膜，有机物薄膜有其突出的优势：制备工艺简单、疏水性好等等，例如，陈淑芬等人(CN201310018941)将聚苯乙烯二甲苯溶液旋涂于有机发光器件表面制备成疏水的封装层，因此提升了器件的抗水氧能力，但是该封装层由于通过溶液法制备，有机封装层中易存在较多孔洞，致密性不佳，是有机薄膜封装技术中有待解决的问题。因此，结合无机材料的致密性和有机材料的疏水性的多层封装将会是封装方向的研究热点，例如，谢再锋等人(中国专利申请CN2019103518250)开发的无机层/有机层交叠封装结构，该结构封装效果突出但结构较为复杂，制备难度大重复性低，且涉及较多复杂昂贵设备，成本较高制备周期长不利于商业应用。并且，目前的封装技术专注于阻止水氧的入侵而忽略了器件内分解产物的逃逸，多层封装工艺仍有进一步完善的空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于复合材料封装有机光电器件的方法。本专利技术通过致密的氧化物材料和疏水的有机材料结合的方式，以提升封装性能。本专利技术的关键点和难点在于在疏水材料表面沉积高质量的防渗透致密的氧化物薄膜，本专利技术中的高质量的多层复合封装层具有优异的封装性能。专利技术人意外地发现，本专利技术的封装技术还有如下预料不到的技术效果：一是除阻挡外部水汽的作用外还可阻止内部降解产物逃逸，向左拉动反应平衡，使得分解速度减缓；二是该封装技术能显著全面地提高有机光电器件的稳定性，在空气环境、光照、加热甚至是水浸泡等恶劣环境下，器件的性能几乎没有下降。本专利技术的技术方案如下：一种基于复合材料封装有机光电器件的方法，包括以下制备步骤：1)在制备好的有机光电器件表面制备防渗透致密层薄膜，厚度为2-100nm；2)在上述样品表面制备疏水层薄膜，厚度为1-20nm；3)重复步骤1)和2)以制备多复合封装层，重复次数≥1；所述的防渗透致密层薄膜材料包括氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锡、氧化镍、氧化钼中的一种或多种；所述的疏水层薄膜材料包括：聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、全氟六烷基三氯硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷、碳纳米管、阵列纳米氧化物中的一种或多种。本专利技术中，所述步骤1)和2)中，制备方法分别选自原子层沉积法、水热法、溶胶凝-胶法、热蒸发沉积、化学气相沉积法、等离子体法、模板法中的一种或多种，反应温度不超过100℃。优选地，本专利技术中，所述的步骤1)中，防渗透致密层薄膜厚度为30nm；所述的步骤2)中，疏水层薄膜厚度为2nm；所述的步骤3)中，重复次数＝1。更优选地，本专利技术的制备方法中，所述的有机光电器件为钙钛矿太阳能电池，所述的防渗透致密层薄膜材料为氧化铝，薄膜厚度为30nm；所述的疏水层薄膜材料为全氟十二烷基三氯硅烷，薄膜厚度为2nm；所述的步骤1)中的制备方法为原子层沉积，所述的步骤2)中的制备方法为热蒸发沉积；所述步骤3)中，重复次数＝1。本专利技术的制备方法中，所述的有机光电器件为钙钛矿太阳能电池，所述的防渗透致密层薄膜材料为氧化钛，薄膜厚度为30nm；所述的疏水层薄膜材料为全氟十二烷基三氯硅烷，薄膜厚度为2nm；所述的步骤1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复合材料封装有机光电器件的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：/n1)在制备好的有机光电器件表面制备防渗透致密层薄膜，厚度为2-100nm；/n2)在上述样品表面制备疏水层薄膜，厚度为1-20nm；/n3)重复步骤1)和2)以制备多复合封装层，重复次数≥1；/n所述的防渗透致密层薄膜材料包括氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锡、氧化镍、氧化钼中的一种或多种；/n所述的疏水层薄膜材料包括：聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、全氟六烷基三氯硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷、碳纳米管、阵列纳米氧化物中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于复合材料封装有机光电器件的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
1)在制备好的有机光电器件表面制备防渗透致密层薄膜，厚度为2-100nm；
2)在上述样品表面制备疏水层薄膜，厚度为1-20nm；
3)重复步骤1)和2)以制备多复合封装层，重复次数≥1；
所述的防渗透致密层薄膜材料包括氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锡、氧化镍、氧化钼中的一种或多种；
所述的疏水层薄膜材料包括：聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、全氟六烷基三氯硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷、碳纳米管、阵列纳米氧化物中的一种或多种。


2.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)和2)中，制备方法分别选自原子层沉积法、水热法、溶胶凝-胶法、热蒸发沉积、化学气相沉积法、等离子体法、模板法中的一种或多种，反应温度不超过100℃。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，
所述的步骤1)中，防渗透致密层薄膜厚度为30nm；
所述的步骤2)中，疏水层薄膜厚度为2nm；
所述的步骤3)中，重复次数＝1。


4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的有机光电器件为钙钛矿太阳能电池，所述的防渗透致密层薄膜材料为氧化铝，薄膜厚度为30nm；所述的疏水层薄膜材料为全氟十二烷基三氯硅烷，薄膜厚度为2nm；所述的步骤1)中的制备方法为原子层沉积，所述的步骤2)中的制备方法为热蒸发沉积；所述步骤3)中，重复次数＝1。


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【专利技术属性】
技术研发人员：吕宜璠，陈飞，卢泓，兰嫒，朱锦涛，张倬涵，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉新材料研究院有限公司，深圳市欧弗德光电科技有限公司，宁波诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33