[发明专利]光电活性层以及在柔性光电-压电混合能源电池中的应用

说明书

本发明涉及一种光电活性层以及在柔性光电‑压电混合能源电池中的应用，属无机/有机复合材料的制备及柔性电子器件制备，特别是涉及纳米混合能源电池制备的技术领域。将噻吩基可溶性共轭聚合物与纳米二氧化钛超声复合后过滤得到滤液，采用氧化铟锡‑聚萘二甲酸乙二醇酯为柔性基底，超声清洗柔性基底表面，烘干后吸取滤液滴到柔性基底中央，旋涂得到噻吩基可溶性共轭聚合物/纳米二氧化钛光电活性层薄膜。再次采用旋涂法将其与压电活性层薄膜集成，同时旋涂聚(3,4‑乙撑二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐导电液作为导电液膜并用聚乙烯吡咯烷酮作为缓冲层对其进行修饰有利于导电液成膜，简化了制备工艺、提高了混合电池的电输出，从而拓宽了应用领域。

技术领域

本发明涉及一种光电活性层以及在柔性光电-压电混合能源电池中的应用，属无机/有机复合材料的制备及柔性电子器件制备，特别是涉及纳米混合能源电池制备的技术领域。

背景技术

自供电纳米技术是为了在生活环境中获取能量，为小型电子设备供电。通常，我们可以从生活环境中获得热能，机械能和太阳能。收获这些类型的能源对我们的长期能源需求和可持续发展至关重要。然而，这些能量并不总是同时可用，取决于白天、黑夜、天气、工作条件和其他一些情况。近年来，已经开发出合理设计的材料和技术，用于将太阳能和机械能转换成电能。光伏电子器件依赖于诸如无机p-n结，有机薄膜和有机-无机异质结等光电活性薄膜。压电纳米发生器是在电磁感应和压电效应原理的基础上设计的。然而目前这些器件现有的应用是作为独立的技术和实体而开发的，它们是在完全不同的物理原理和多样化工程认识的基础上设计的，收获不同类型的能量。此外，广泛销售的大多数电子器件结构都是基于刚体和重体，例如单晶硅太阳能电池和电磁发电机，它们与人体不相容而且投资成本以及环境回报时间并不十分令人满意。因此，在此基础上人们提出了混合能量电池的概念，通过使用集成设备同时或单独地收集这些能量，从而可以使用工作环境中可用的多种能量来为设备供电。

近年来聚噻吩衍生物以其优异的光电性能成为了人们研究的热点，聚噻吩类衍生物是一类应用广泛的有机光电材料。目前的研究主要集中在两方面：一方面为了解决聚噻吩溶解性差的问题，可以通过在-β-位上引入取代基合成聚噻吩衍生物，如聚（3-己基噻吩）（P₃HT）；另一方面为了调控其光电性能，可以制备特殊结构的聚噻吩类衍生物，如共轭微孔聚合物（CMPs）。CMPs具有超共轭的芳香结构，其芳香骨架是通过碳碳单键或者碳碳三键等连接而成的，芳香基团间通过π-π键共轭组成大π键。其通常是由金属钯催化的Sonogashira-Hagihara交叉偶联反应合成的具有延伸结构的π共轭3D网络，其结构具有优良的物理和化学性能。在催化、光电等领域的实际应用很广泛，由于二溴单体和二乙炔基单体合成出的聚合物为线型聚合物，通过引入己基侧链实现了线型聚合物在有机溶剂中的溶解。所得到可溶解的线型聚合物能够溶解于大部分的有机溶剂，同时也表现出了良好的光电特性、热稳定性和化学稳定性。故采用Sonogashira-Hagihara交叉偶联反应合成共轭微孔噻吩基可溶性有机聚合物。

纳米二氧化钛（TiO₂）因其低成本、无毒、良好的载流子迁移率、高稳定性和丰富性而被认为是最具吸引力的材料之一，不仅具有较好的电子传输特性，也可以作为光学隔离层，使电池器件中活性层能够更好的利用太阳光，可以很好的隔绝空气中的水分向电池的活性层中渗透，更好的提高了器件的性能的稳定性和寿命。故采用超声分散法将噻吩基可溶性聚合物与纳米TiO₂进行复合，制备柔性的的复合薄膜作为混合电池的光电功能层，有望显著提高电池转化效率。同时旋涂法是一种常用的薄膜制备方法，它具有设备简单、生产能力强、制备的薄膜厚度精确可控、高性价比、节能、低污染等优点，在微电子技术、纳米光子学、生物学、医学等领域中有着广阔的应用前景。