[发明专利]一种表征聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物太阳能电池技术领域，尤其涉及一种表征聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法。

背景技术

聚合物太阳能电池的研究开始于上世纪70年代。与传统的无机太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有分子结构可设计、材料质量轻、生产工艺简单、制造成本低、加工性能好、可卷曲等优点，因而在以提高电池性能、降低生产成本、减少环境污染为发展方向的太阳能电池领域受到广泛关注。

经过近几十年的发展，有机聚合物太阳能电池的结构得到不断改进，电池的效率也在不断提升。其中，体异质结型聚合物太阳能电池是目前研究最普遍的一种电池结构(典型结构为：阳极/空穴缓冲层/光敏层/电子缓冲层/阴极)。

该种结构的电池主要以共轭聚合物为电子给体(D)、以有机小分子或无机半导体为电子受体(A)，并将二者溶于氯苯、二氯苯或甲苯等单一或混合有机溶剂中，利用旋涂的方法制备成复合薄膜(光敏层)。成膜时，D/A两相相互渗透，通过微相分离形成互穿网络结构，每个D/A接触处即形成一个异质结，从而在复合体中产生较大的D/A界面面积，大大提高了光生激子的分离效率，最终使电池效率显著增加。

研究表明，光敏层相分离的程度决定了互穿网络的充分性、网络结构的连续性和D/A界面面积的大小，进而影响了激子的分离效率和自由电荷的传输效率。因此，表征并优化D/A两相的相分离程度对于提高聚合物太阳能电池的性能至关重要。

目前，利用原子力显微镜(AFM)在相位模式下测量光敏层相图是初步表征光敏层相分离的主要方法。近年来，K.Meerholz、Y.Yang等诸多研究小组也分别利用该方法研究了膜溶剂、退火等因素对光敏层相分离的影响，但对于光敏层相图的分析都仅局限于简单化、定性化、主观化并多以其他测量手段辅助说明的方式，尚未见到一种深入的、定量的分析光敏层相分离程度的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是为解决上述的一个或多个问题，而提供一种表征聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法。

(二)技术方案

本发明提出的一种表征聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，其包括：

步骤1、利用原子力显微镜AFM分别表征多个不同条件下制备的聚合物太阳能电池样品的光敏层，得到光敏层AFM相图；

步骤2、在所述多个AFM相图中分别选取一定大小的感兴趣区；

步骤3、将所述多个感兴趣区黑白化，使所述感兴趣区中的给体和受体转化成黑白两相；

步骤4、分别计算所述多个黑白化后的感兴趣区中给体和受体的接触边界长度，并根据所述计算结果定量分析、比较多个聚合物太阳能电池样品的光敏层相分离程度。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明一种表征聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法具有以下有益效果：

(1)本发明在保证其计算结果准确、可靠的基础上，采用图像黑白化的方法将二维AFM相图中的给体和受体转化成黑白两相，得到明显的D/A接触边界，并通过计算不同样品的光敏层D/A接触边界的相对长度，实现对光敏层相分离程度的定量分析，从而解决了目前在该领域中存在的对光敏层相分离程度的分析过于简单化、定性化、主观化的问题。

(2)本发明计算过程简单，计算结果与最终的电池效率结果相吻合，可为进一步深入、直观分析光敏层相分离的程度、探究光敏层相分离的影响因素、优化D/A两相相分离尺度，最终提高电池性能提供帮助。

附图说明

图1为本发明中表征聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的聚合物太阳能电池光敏层的AFM相图；

图3为根据本发明实施例的光敏层AFM相图黑白化后的迷津图；

图4为本发明实施例中不同样品的光敏层相分离程度的计算结果示意图。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明首先采用图像黑白化的方法将原子力显微镜(AFM)相图中的给体和受体转化为黑白两相，得到明显的给体/受体(D/A)接触边界，然后通过计算不同样品的光敏层D/A接触边界的相对长度实现对聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的定量表征。