“一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜及制備方法”獲國家發(fā)明專利授權(quán)

　  中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所楊小牛研究員等科研人員發(fā)明的“一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜及制備方法” 專利近日獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)（專利號：ZL 200710055397.4）。 
　 聚噻吩和碳60及其衍生物的復(fù)合物體系是迄今為止最為成功的聚合物太陽能電池。由于基于體相異質(zhì)結(jié)電池的性能很大程度上依賴于光敏層的形態(tài)，控制復(fù)合薄膜的精確形態(tài)就成了能否提高器件性能的關(guān)鍵。然而如何準(zhǔn)確地獲得所需形態(tài)的復(fù)合薄膜卻一直是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)聚合物太陽能電池制備工藝的一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。 
　 在國家基金委和中科院的大力支持下，楊小牛課題組考慮到可控溶劑蒸汽處理對聚合物薄膜形態(tài)構(gòu)建有較高的精確度和重復(fù)性，將此方法用于基于聚噻吩/碳60復(fù)合薄膜光敏層的形態(tài)控制。通過對溶劑蒸氣壓、蒸氣壓升高速率和處理時(shí)間的控制，他們可以控制碳60的晶體形狀和尺寸從幾個(gè)納米的球形對稱結(jié)構(gòu)到直徑為20納米左右，長徑比達(dá)10以上的納米棒結(jié)構(gòu)，直到直徑為微米級但仍為棒狀結(jié)構(gòu)的晶體。而且這些晶體在聚合物薄膜基體中分布均勻，沒有明顯的聚集，這也是可控溶劑氣氛處理的加工優(yōu)勢。需要指出的是，由于C60的易結(jié)晶性，通過動(dòng)力學(xué)行為控制其結(jié)晶形態(tài)是極其困難的，因而直徑在50納米以下的C60納米棒以前未見報(bào)道，而這一尺寸區(qū)域卻正是高性能聚合物太陽電池所需要的。隨后他們證明了，利用所構(gòu)建的直徑為10-20納米的棒狀C60與聚(3-己基噻吩)(P3HT)復(fù)合薄膜作為光敏層的電池的轉(zhuǎn)化效率有明顯的提高，達(dá)到2.5%。這一結(jié)果充分證實(shí)了在薄膜中原位構(gòu)建C60納米棒對形態(tài)優(yōu)化的貢獻(xiàn)，進(jìn)而顯著提高了器件的性能。這也驗(yàn)證了他們發(fā)展的可控溶劑蒸汽氛圍處理這一新方法對構(gòu)建復(fù)合薄膜精確形態(tài)的強(qiáng)大功能?！?BR style="FONT-SIZE: 10.5pt">　 該發(fā)明提出在相對“溫和”的溶劑蒸氣環(huán)境下，聚合物/有機(jī)小分子共混物的相變可在小尺度范圍內(nèi)可控進(jìn)行，薄膜保持大面積均勻連續(xù)。本發(fā)明具有工藝簡單、有效性高和可擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。