[发明专利]一种氨基化氧化石墨烯纳米片的制备方法和在有机太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种氨基化氧化石墨烯纳米片的制备方法，并将其作为电子传输层应用于非富勒烯有机太阳能电池中。本发明通过在ITO表面引入氨基化氧化石墨烯纳米片可以有效地改善太阳能电池的I‑V特性，同时本发明揭示了功能化氧化石墨烯对器件性能的影响，对理解有机太阳能电池器件中功能化的作用起到了至关重要的作用，而且为设计具有某些类型官能团的电子传输层材料的制备提供了有效的方案。且本发明方法具有低成本且简单有效，由此制得的氧化石墨烯和氨基化氧化石墨烯具有高稳定性及电子传输能力。本发明制备的氧化石墨烯和氨基化氧化石墨烯作为电子传输层在有机太阳能电池中具有优异的性能，在有机光伏领域中有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，涉及一种氨基化氧化石墨烯纳米片的制备方法和在有机太阳能电池电子传输层方面的应用。

背景技术

氧化石墨烯及其衍生物作为一种新兴材料，可以广泛应用于发光二极管、储能、生物成像和光伏领域。由于氧化石墨烯在其基面及片状边缘含有羟基、环氧、羧基、羰基、奎宁和内酯等官能团，可以通过共价和非共价改性技术等方法进行改性。例如，通过小分子与GO表面之间的静电相互作用以及π堆积实现非共价修饰。此外，可以通过化学方法将功能小分子接枝到GO平面上实现共价修饰。由于GO和有机分子间化学键的作用，共价修饰具有更高的稳定性。

有机太阳能电池的基本器件结构主要由吸光活性层，传输层和电极构成。中间的吸光层主要功能是吸光并产生电荷载流子，两边阴阳电极负责收集电子和空穴，在电极和活性层中间存在电子传输层和空穴传输层，这两个传输层在电池中扮演着重要的角色，直接影响器件的光学和电学特性。在反型结构的有机太阳能电池中，通常采用PEDOT:PSS或ZnO作为器件的电子传输层，但却局限了其更广泛的应用，因此需要研发新的高效电子传输层。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种氨基化氧化石墨烯纳米片的制备方法和在有机太阳能电池电子传输层方面的应用。首先制备了氨基化氧化石墨烯，并将其作为电子传输层应用于非富勒烯有机太阳能电池中。由本发明方法制得的氧化石墨烯和氨基化氧化石墨烯具有高稳定性及电子传输能力，其可以很好地替代传统电子传输层材料，由此制备的有机太阳能电池具有优异的性能，在有机光伏领域中有广阔的应用前景。

本发明是通过如下技术方案实现所述技术效果的：

本发明的第一个目的在于提供一种氨基化氧化石墨烯纳米片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:

(a)冰浴条件下将石墨粉末，硝酸钠和高锰酸钾按顺序加入浓硫酸中，搅拌反应，全部加入完毕后加热搅拌一段时间，再加入常温蒸馏水加热搅拌反应一段时间，再第二次加入热蒸馏水常温搅拌，最后加入过氧化氢混合搅拌反应，后处理得到氧化石墨烯纳米片；

(b)将步骤(a)制得的所述氧化石墨烯纳米片制成水分散液后，加入至氨水中，再加入蒸馏水，并在室温搅拌均匀后进行水热反应，纯化制备得到氨基化的氧化石墨烯纳米片分散液。

优选地，步骤(a)中，所述石墨粉末与硝酸钠的质量比为5g:(3-7)g，例如5g:5g。

优选地，步骤(a)中，所述石墨粉末和高锰酸钾的质量比为5g:(10-20)g，例如为5g:15g。

优选地，步骤(a)中，所述石墨粉末和浓硫酸的质量体积比为(5g):(100-130)mL，例如为(5g):(115mL)。

优选地，步骤(a)中，所述石墨粉末和过氧化氢溶液(30wt％)质量体积比为(5g):(25-75)mL，例如为(5g):(50mL)。

优选地，步骤(a)中，所述冰浴条件温度为小于等于5℃，例如5℃。冰浴搅拌持续时间为10-20分钟，例如15分钟。在搅拌前一次性加入石墨粉末，并于搅拌持续过程中分批缓慢加入硝酸钠和高锰酸钾。