【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及富勒烯衍生物，具体涉及一种控制bhj混合薄膜pcbm结晶的方法及在电子器件中的应用。
技术介绍
1、有机半导体材料的结晶对于电子器件(例如场发射晶体管和有机太阳能电池)的性能具有关键作用。以有机太阳能电池为例，它通常由层状结构组成，包括正极电极、有机半导体活性层和负极电极。其中，有机半导体体异质结(bhj)层包含n型(电子受体)和p型(电子给体)半导体分子。在bhj层中，有机分子的有序性与电荷的分离和收集密切相关，因此有效控制有机半导体材料的结晶至关重要。
2、在溶液法制备有机半导体薄膜时，通过优化溶剂添加剂和处理温度，可以诱导控制有机半导体的成核和晶体生长。此外，通过后处理方法(如热退火和溶剂蒸汽暴露)，可以将非晶薄膜结晶化，其中随机成核过程触发多晶领域的形成，从而显著改善薄膜中的载流子通道连通性。然而，由多种半导体材料组成的bhj混合薄膜的制备较为困难，因为需要严格控制每种材料的结晶条件。这个挑战包括严格控制结晶过程、相分离领域的尺寸以及每种材料的互相作用，以确保制造的器件具有高性能。
3、富勒烯材料在有机太阳能电池中起着重要作用。然而，目前尚无有效的方法能够控制富勒烯在bhj混合薄膜中的聚集和结晶过程。例如，[6,6]-苯基-c61-丁酸甲酯(pcbm)是常用的bhj电子受体材料，但尚未找到适用于bhj的pcbm结晶方法。相反，pcbm往往会聚集并形成与bhj中的p型材料(如聚合物)相分离的纯净相。为了提高电荷的分离和收集效率，pcbm和其他富勒烯材料需要具备高度结晶性，可以通过增加界
4、目前，pcbm的结晶需要长时间和严格的热退火处理，通常在聚合物的玻璃转变温度以上进行。然而，晶体生长在宏观尺度上(约为5-50微米)，这导致器件性能会因材料之间界面的减少而显著下降。尽管已知几种抑制pcbm宏观结晶的方法，包括使用溶剂添加剂和交联组分，但是基于bhj混合薄膜来实现对pcbm的成核和晶体生长进行有效控制，以形成纳米尺度的晶体结构，目前尚未成功实现。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，获得不同纳米结构的pcbm，并将其应用于电子器件领域，本专利技术提供了一种控制bhj混合薄膜中pcbm结晶的方法及其在电子器件中的应用。具体来说，本发命是通过制备不同纳米结构pcbm的方法，该方法主要包含两个部分：第一部分，bhj(聚合物：pcbm)混合薄膜中pcbm纳米结构的形成；第二部分，移除bhj混合薄膜中的聚合物来获得纳米结构的pcbm。通过将制备的纳米结构pcbm作为电子传输层应用于电子器件中，所得到器件光电转化效率提升。
2、本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：提供了一种控制bhj混合薄膜pcbm结晶的方法及在电子器件中的应用，该方法包括以下步骤：
3、(1)通过旋涂来制备一层pcbm作为pcbm种子层；
4、(2)对旋涂好的pcbm种子层进行退火处理，形成结晶态的pcbm种子层；所述退火温度范围为140-160℃；
5、(3)制备有机太阳能电池半导体聚合物与pcbm的质量比为1：1-1.5的pcbm混合溶液，对其旋涂及退火处理得到pcbm混合薄膜；然后将其转移到pcbm种子层上面，形成双层pcbm/pcbm混合薄膜；
6、(4)将双层pcbm/pcbm混合薄膜进行退火处理，退火温度在140-160℃，以形成结晶态的pcbm混合薄膜；
7、(5)将结晶态的pcbm混合薄膜中的聚合物用溶剂洗涤的方式去除掉，最后得到获得纳米结构pcbm。
8、一种控制bhj混合薄膜pcbm结晶的方法制备得到的纳米结构pcbm作为电子传输层在电子器件中的应用。
9、具体地，所述步骤(1)中的pcbm能够被[6,6]-苯基-c61-丁酸正丁酯(pcbnb)、[6,6]-苯基-c61-丁酸(pcba)或其他富勒烯衍生物所代替。
10、具体地，所述步骤(3)中有机太阳能电池半导体聚合物包括非晶态ps、结晶态p3ht、半结晶态ptb7以及其他半导体聚合物。
11、具体地，所述步骤(4)中的所述双层pcbm/pcbm混合薄膜具有两层结构，一层是结晶的pcbm,另一层是聚合物层。
12、进一步地，所述步骤(5)包括以下子步骤：
13、(5.1)将获得的结晶态的pcbm混合薄膜暴露在紫外光下，样品距离紫外光1cm，曝光时间与膜的厚度相关；
14、(5.2)将紫外光照射后的样品浸泡在丙酮溶剂中1-2分钟，用于去除有机太阳能电池半导体聚合物；
15、(5.3)将去除聚合物的样品进行干燥，然后通过扫描电子显微镜sem或光学显微镜能够观察到形成的纳米结构pcbm。
16、具体地，所述步骤(5)中的纳米结构pcbm的厚度是由pcbm混合薄膜的厚度所决定的；因此能够通过调整pcbm混合溶液的浓度来控制其厚度。
17、具体地，所述步骤(5.1)中紫外光的波长范围为350-400nm。
18、具体地，所述纳米结构pcbm的形状是由底部种子层的富勒烯衍生物的结构所决定；当底部是pcbm种子层时，最终所获得的是纳米棒pcbm；当底部是pcba种子层时，最终所获得的是纳米线pcbm。
19、本专利技术的有益效果如下：
20、1)与单层tio2相比，纳米结构pcbm具有更高电子迁移率；
21、2)纳米结构pcbm的出现，可以辅助钙钛矿结晶，提高钙钛矿结晶质量；
22、3)纳米结构pcbm可以扩散到钙钛矿晶界处，减少钙钛矿界面处缺陷，降低非辐射复合。
23、此外，纳米结构pcbm的不同形状也会影响钙钛矿太阳能电池的光伏性能。相比于纳米线pcbm电子传输层，纳米棒pcbm电子传输层制备得到的钙钛矿太阳能电池光伏性能更好。这主要是是因为纳米棒pcbm是介孔结构，可以有效缩短钙钛矿层中的电子传输到电子传输层中的距离，促进了电子的有效分离和提取。
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1.一种控制BHJ混合薄膜PCBM结晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种利用权利要求1所述的控制BHJ混合薄膜PCBM结晶的方法制备得到的纳米结构PCBM作为电子传输层在电子器件中的应用。
3.根据权利要求1所述的一种控制BHJ混合薄膜PCBM结晶的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的PCBM能够被[6,6]-苯基-C61-丁酸正丁酯(PCBNB)、[6,6]-苯基-C61-丁酸(PCBA)或其他富勒烯衍生物所代替。
4.根据权利要求1所述的一种控制BHJ混合薄膜PCBM结晶的方法，其特征在于，所述步骤(3)中有机太阳能电池半导体聚合物包括非晶态PS、结晶态P3HT、半结晶态PTB7以及其他半导体聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种控制BHJ混合薄膜PCBM结晶的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的所述双层PCBM/PCBM混合薄膜具有两层结构，一层是结晶的PCBM,另一层是聚合物层。
6.根据权利要求1所述的一种控制BHJ混合薄膜PCBM结晶的方法，其特征在于，所述步骤(5)包括以下子步骤：
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8.根据权利要求1所述的一种控制BHJ混合薄膜PCBM结晶的方法，其特征在于，所述步骤(5.1)中紫外光的波长范围为350-400nm。
9.根据权利要求1所述的一种控制BHJ混合薄膜PCBM结晶的方法，其特征在于，所述纳米结构PCBM的形状是由底部种子层的富勒烯衍生物的结构所决定；当底部是PCBM种子层时，最终所获得的是纳米棒PCBM；当底部是PCBA种子层时，最终所获得的是纳米线PCBM。
...【技术特征摘要】
1.一种控制bhj混合薄膜pcbm结晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种利用权利要求1所述的控制bhj混合薄膜pcbm结晶的方法制备得到的纳米结构pcbm作为电子传输层在电子器件中的应用。
3.根据权利要求1所述的一种控制bhj混合薄膜pcbm结晶的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的pcbm能够被[6,6]-苯基-c61-丁酸正丁酯(pcbnb)、[6,6]-苯基-c61-丁酸(pcba)或其他富勒烯衍生物所代替。
4.根据权利要求1所述的一种控制bhj混合薄膜pcbm结晶的方法，其特征在于，所述步骤(3)中有机太阳能电池半导体聚合物包括非晶态ps、结晶态p3ht、半结晶态ptb7以及其他半导体聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种控制bhj混合薄膜pcbm结晶的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的所述双层pcbm/pcbm混合薄膜具有两层...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛鹏，钟宇飞，何睿元，严楷楠，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：
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