[发明专利]用于光电子学的酞菁/聚合物纳米复合墨水

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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。