[发明专利]一种纳米纤维、应用该纳米纤维的太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维、有机太阳能电池和应用该纳米纤维制备有机太阳能电池的方法，通过采用新型的同轴静电纺丝技术，对难以成丝的目标材料进行辅助成丝，制得目标材料的纳米纤维悬浮液，并将获得的目标材料纳米纤维经处理后添加到有机太阳能电池的活性层中，利用其结晶度高、比表面积大、结构连续性强的特点消除因活性层厚度增加所带来的对器件性能的不利影响，显著提升器件的多项光电性能参数，为打破电池效率瓶颈提供了可能性。

技术领域

本发明属于光电功能材料技术领域，具体涉及一种高分子聚合物光电材料的纳米纤维、应用该纳米纤维的有机太阳能电池及该纳米纤维在有机太阳能电池中应用的方法。

背景技术

近十余年间有机太阳能电池发展迅猛，其最高效率PCE(即能量转换效率)已突破13％，仅在电池有效器件面积不超过0.05cm²的条件下能够实现，且对电池活性层的厚度要求极为严苛(100nm以内)，由此造成了对产业化应用的诸多限制。

现有制备纳米纤维的方法，如模板法、溶液自组装法、纳米压印刻蚀法等方法中存在产率有限，操作复杂，可控性差的问题，CN101558189A和CN 106283398A两篇专利分别公布了利用静电纺丝可以制备出高分子聚合物的纳米纤维以及纤维直径的可调节性，但其制备方法较为复杂，且无法适用于分子量较低的聚合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用同轴静电纺丝技术制备高分子聚合物光电材料的纳米纤维的方法，并将获得的纳米纤维经处理后添加到有机太阳能电池的活性层中，从而提供一种光电性能参数显著提升的有机太阳能电池。

本发明的纳米纤维，采用同轴静电纺丝的方法，按照以下步骤制备得到：

(1)配置静电纺丝内管前驱液；

(2)配置静电纺丝外管前驱液；

(3)将所述步骤(1)和(2)配置好的静电纺丝内管前驱液、纺丝外管前驱液加入静电纺丝装置中，调节针头与接收基板的间距，设置恒流泵进液速度，打开高压电源并调节高压电源电压，进行静电纺丝，制得核壳结构的纳米纤维；

(4)将所述步骤(3)制得的核壳结构的纳米纤维置于离心管内，并倒入清洗液，进行反复超声与离心操作以完全除去壳层材料，干燥后的核层纤维即为目标材料纳米纤维。

本发明纳米纤维的优选方案中，步骤(1)配置的静电纺丝内管前驱液为核层目标材料溶液，其为以下三种之一溶于有机溶剂制得：1)给体材料，2)受体材料，3)给体材料与受体材料的混合；

a)所述给体材料是一种不与壳层材料产生排斥反应的聚合物材料，或者是一种不与壳层材料产生排斥反应的小分子材料，或者是一种以上不与壳层材料产生排斥反应的聚合物材料的混合物，或者是一种以上不与壳层材料产生排斥反应的小分子材料的混合物，或者是一种或多种不与壳层材料产生排斥反应的聚合物与一种或多种不与壳层材料产生排斥反应的小分子材料的混合物；

b)所述受体材料是一种不与壳层材料产生排斥反应的聚合物材料，或者是一种不与壳层材料产生排斥反应的小分子材料，或者是一种以上不与壳层材料产生排斥反应的聚合物材料的混合物，或者是一种以上不与壳层材料产生排斥反应的小分子材料的混合物，或者是一种或多种不与壳层材料产生排斥反应的聚合物与一种或多种不与壳层材料产生排斥反应的小分子材料的混合物；

c)所述给体材料与受体材料的混合是指a)中的任一种给体材料与b)中的任一种受体材料的混合；

所述步骤(2)配置的静电纺丝外管前驱液为壳层高分子量材料溶液，其为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚己内酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚碳酸酯溶于有机溶剂配得的溶液。