用于光电子学的酞菁/聚合物纳米复合墨水制造技术

本发明专利技术的一些方面描述酞菁(Pc)分子，其核心具有外围修饰(如烷基取代基)从而Pc可以例如在真空升华下自组装，并且形成尺寸为纳米量级的纳米晶体。可以例如通过简单气相沉积法制备Pc纳米晶体。其它方面描述一种基于聚合物基质中的Pc纳米晶体的聚合物复合墨水，其可以例如在溶液处理方法下形成。例如，聚合物基质可以是与Pc纳米晶体(其是固有p-型的半导体)不同的p-型共轭聚合物。这可以增加聚合物复合墨水的成膜能力和电荷输送性质。聚合物复合墨水可以用于制造例如光电器件，例如光伏器件和/或薄膜晶体管。光电器件可以显示高功率转换效率(PCE)，例如6-7%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光电子学的酞菁/聚合物纳米复合墨水
本专利技术一般地涉及一种聚合物复合墨水，并且更具体地涉及一种可以用于制造光电器件的基于在聚合物基质中的尺寸为纳米量级的酞菁(Pc)纳米晶体染料的聚合物复合墨水。
技术介绍
由于对可再生能源(“绿色能源”)的不断增长的需求，光伏器件的制造已稳步增长。光伏器件将光能转化为电力。通过光伏效应，光伏器件可以吸收光(如红外光、可见光、紫外光)，并且光子可以将电子碰撞到较高能态并产生电力。一种光伏器件为太阳能电池板。例如，太阳能电池板可以用作建筑物以及消费型电子器件例如移动电话、mp3播放器、笔记本计算机等的动力。例如，由于高生产成本，消费型电子器件的许多市售光伏器件是昂贵的。一种光伏器件为晶片型硅电池。晶片型电池往往昂贵，这至少部分是由于昂贵的生产成本，而这些电池表现出相对低的(如大约11-13%)的效率。另一种光伏器件为混合型半导体器件，例如通过印刷聚合物而形成的塑料发电器件(如塑料基材上的光伏器件)。这种混合型器件的生产不那么昂贵，但表现出较低的效率(如大约3.5%)。对于可印刷的太阳能电池，已报道的最高效率仅为5%。就这一点而言，常规光伏器件的制造和使用受累于至少上述低效率和高生产成本的缺点。现今的光伏器件、系统和方法的上述缺点仅旨在提供对常规器件、系统和方法的某些问题的综述，但并非旨在穷举。现有技术的其它问题和各种非限制性实施方案中某些的对应的有益效果可以在阅读以下详细描述之后变得更加明显。
技术实现思路
以下提供各种实施方案的概述，以便提供对本文所述某些方面的基本理解。本概述不是所公开主题的广泛综述。其并非旨在示出所公开主题的关键或重要要素，也非标明主题实施方案的范围。其唯一目的是以简化形式提供所公开主题的某些概念作为稍后提供的更详细描述的引言。各种实施方案涉及一种可以用于制造光电器件的基于在聚合物基质中的尺寸为纳米量级的酞菁(Pc)纳米晶体染料的聚合物复合墨水。在一个实施方案中，方法包含由4-烷基酞腈和金属(II)盐的混合物合成酞菁(Pc)；生长Pc纳米晶体，其中Pc纳米晶体具有纳米量级的尺寸；和将Pc纳米晶体与共轭聚合物结合成薄膜。该方法还可以包括通过用Pc纳米晶体和共轭聚合物涂布图案化的硅/二氧化硅基材来制造光伏器件和/或薄膜晶体管。合成可以包括：在例如氮气氛下在喹啉中加热4-烷基酞腈和金属(II)盐的混合物；例如通过乙醇溶液和通过氢氧化钠溶液来清洗混合物中的沉淀物；和例如在烘箱中干燥所述沉淀物。清洗还可以包括清洗蓝色的所述沉淀物直至清洗溶液澄清为止。Pc纳米晶体的生长可以包括：在水平石英管式炉的加热区中加热Pc并且在水平石英管式炉的冷却区中收集Pc纳米晶体，其中Pc纳米晶体由Pc自组装。结合可以包括将Pc纳米晶体与共轭聚合物混合并且分散Pc纳米晶体和共轭聚合物或将Pc纳米晶体与聚(3-己基噻吩)(P3HT)和/或P3HT/苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)结合。在另一个非限制性实施方案中，制造的装置或制品包括由酞菁(Pc)纳米晶体掺杂的共轭聚合物的薄膜，其中Pc纳米晶体具有纳米量级的尺寸并且其中共轭聚合物为与Pc纳米晶体不同的p-型半导体。Pc纳米晶体可以包含具有烷基取代基的核心。该装置可以为光电池并且共轭聚合物可以包括聚(3-己基噻吩)(P3HT)和/或苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)。该装置还可以为薄膜晶体管，其中共轭聚合物为聚(3-己基噻吩)(P3HT)。在一个方面，该装置具有大于5%，例如至少6%或至少7%的功率转换效率(PCE)。在一个实施方案中，该装置实现至少0.025cm2/Vs的迁移率并且在另一个实施方案中，该装置实现至少0.1cm2/Vs的迁移率。在另一个实施方案中，提供Pc纳米晶体，其包含具有烷基取代基的核心，其中Pc纳米晶体具有纳米量级的尺寸。在另一个实施方案中，提供纳米复合墨水，其包含与共轭聚合物混合的Pc纳米晶体。在一个实施方案中，共轭聚合物可以为P3HT。在另一个实施方案中，共轭聚合物可以为P3HT/PCBM。提供Pc纳米晶体，其包含具有烷基取代基的核心，其中Pc纳米晶体具有纳米量级的尺寸。以下描述和附图详细给出所公开主题的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示可以采用各种实施方案的原理的各种方式中的一些。所公开主题旨在包括所有这种方面和它们的等同形式。当结合附图考虑时，所公开主题的其它优点和区别性特征将从各种实施方案的以下详细说明中变得明显。附图说明图1为用于制造将在Pc/聚合物复合材料中使用的Pc纳米晶体的方法的示意性流程图。图2为用于制造Pc纳米晶体的示例性系统的示意性系统框图。图3为用于制造Pc/聚合物复合材料的方法的示意性流程图。图4为用于制造Pc/聚合物复合材料的示例性系统的示意性系统框图。图5为用于制造薄膜晶体管的方法的示意性流程图。图6为用于制造薄膜晶体管的示例性系统的示意性系统框图。图7为用于制造光伏器件的方法的示意性流程图。图8为用于制造光伏器件的示例性系统的示意性系统框图。详细说明概述根据一个方面，描述了一种制造可以用于制造光电器件的基于在聚合物基质中的酞菁(Pc)纳米晶体染料的聚合物复合墨水的方法。该方法可以包含从4-烷基酞腈和金属(II)盐的混合物合成Pc。例如，合成可以包括：在喹啉中(如在氮气氛中)加热所述混合物，清洗混合物中的蓝色沉淀物(如，用乙醇溶液和氢氧化钠溶液淋洗直至清洗溶液澄清为止)，和干燥沉淀物(如在烘箱中)。该方法还可以包含生长尺寸为纳米量级的Pc纳米晶体。生长可以包括：在水平石英管式炉的加热区中加热Pc并且在水平石英管式炉的冷却区中收集Pc纳米晶体；Pc纳米晶体可以由Pc自组装。该方法还可以包含将Pc纳米晶体与至少一种共轭聚合物结合成薄膜。结合可以包括将Pc纳米晶体与至少一种共轭聚合物混合并且分散Pc纳米晶体和至少一种共轭聚合物。例如，共轭聚合物可以为聚(3-己基噻吩)(P3HT)或P3HT/苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)中的至少一种。该方法还可以包含：通过用Pc纳米晶体和至少一种共轭聚合物涂布图案化的硅/二氧化硅基材来制造光伏器件或薄膜晶体管的至少一种。根据另一方面，描述了一种装置(如光电池或薄膜晶体管)。该装置可以包含由Pc纳米晶体掺杂的至少一种共轭聚合物的薄膜。例如，由于包括烷基取代基的核心，Pc纳米晶体可以具有纳米量级的尺寸。所述至少一种共轭聚合物可以是与所述Pc纳米晶体不同的p-型半导体。例如，如果装置为光电池，则共轭聚合物可以为P3HT/PCBM。如果装置为薄膜晶体管，则共轭聚合物可以为P3HT。该装置可以显示5-6%或更高的功率转换效率和0.025-0.1cm2/Vs或更高的迁移率。根据另一方面，描述了Pc纳米晶体。Pc纳米晶体可以包含具有烷基取代基的核心。烷基取代基可以允许Pc自组装成尺寸为纳米量级的Pc纳米晶体。虽然常规Pc(例如，无烷基取代基)可以自组装以形成尺寸为微米量级的线状，但至少部分由于烷基取代基的原因，Pc纳米晶体可以形成尺寸为纳米量级的纳米晶体。用于光电子学的酞菁/聚合物纳米复合墨水现参照附图描述各个方面。在以下描述中，为了说明，给出许多具体细节以便提供对一个或多个方面的完全理解。然而，可能明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践此类方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造光电器件的方法，其包含以下步骤：由4-烷基酞腈和二价金属盐的混合物合成酞菁；生长酞菁纳米晶体，其中所述酞菁纳米晶体具有纳米量级的尺寸，其中所述酞菁纳米晶体包含具有烷基取代基的核心，且其中因为核心的外缘修饰在核心中包括烷基取代基，这阻碍核心形成尺寸为大于纳米量级的酞菁纳米晶体，因此酞菁自组装成尺寸为纳米量级的酞菁纳米晶体；和将酞菁纳米晶体与至少一种共轭聚合物结合成薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成步骤还包含：在喹啉中加热所述4-烷基酞腈和所述二价金属盐的混合物；清洗所述混合物中的沉淀物；和干燥所述沉淀物。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述加热步骤还包含在氮气氛下加热所述混合物。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述清洗步骤还包含通过乙醇溶液和通过氢氧化钠溶液清洗所述沉淀物。5.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述清洗步骤还包含清洗蓝色的所述沉淀物直至清洗溶液澄清为止。6.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述干燥步骤还包含在烘箱中干燥所述沉淀物。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述生长步骤还包含：在水平石英管式炉的加热区中加热所述酞菁；和在所述水平石英管式炉的冷却区中收集所述酞菁纳米晶体。8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述结合步骤还包含：将所述酞菁纳米晶体与所述至少一种共轭聚合物混合；和分散所述酞菁纳米晶体和所述至少一种共轭聚合物。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种共轭聚合物是聚(3-己基噻吩)或聚(3-己基噻吩)/苯基-C61-丁酸甲酯中的至少一种。10.根据权利要求1或2所述的方法，其还包含通过用所述酞菁纳米晶体和所述至少一种共轭聚合物涂布图案化的硅或二氧化硅基材来制造光伏器件或薄膜晶体管中的至少一种。11.一种光电池，其包含：由酞菁纳米晶体掺杂的至少一种共轭聚合物的薄膜，其中所述酞菁纳米晶体具有纳米量级的尺寸，其中所述酞菁纳米晶体包含具有烷基取代基的核心，其中因为核心的外缘修饰在核心中包括烷基取代基，这阻碍核心形成尺寸为大于纳米量级的酞菁纳米晶体，因此酞菁分子自组装成尺寸为纳米量级的酞菁纳米晶体，和其中所述至少一种共轭聚合物为与所述酞菁纳米晶体不同的p-型半导体。12.根据权利要求11所述的光电池，其中所述至少一种共轭...

【专利技术属性】
技术研发人员：许宗祥，华礼生，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：
国别省市：