(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210666386.4 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 徐婧谨 地址 710000 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 侯晓清　徐婧谨　师鸣遥　李想　 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/33(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表 征方法 (57)摘要 本发明公开了一种有机薄膜深度方向垂直 相分离的新表征方法， 属于有机太阳能电池技术 领域， 本发 明通过气体等离子体对有机层表面进 行选择性刻蚀， 在表面被减薄之时表 面以下有机 分子不会发生氧化过程； 根据朗伯比尔定律， 将 整个有机层的吸收光谱分为深度方向上几个亚 层的吸收光谱； 通过吸收光谱受体特征峰的移动 和后续的仿真模拟， 可以表征深度方向组分分 布， 结晶度变化和传输能级变化等信息； 相较于 现有的表征手段而言， 本发明具有成本低， 测试 速度快， 易拓展 等优点， 能同时获得多种信息， 形 貌信息全面， 不会对深度方向样品造成损伤， 且 能充分准确地表征深度方向分子构象和结晶性， 有利于为了优化光伏薄膜的光电转化效率奠定 基础。 权利要求书1页 说明书9页 附图3页 CN 115015141 A 2022.09.06 CN 115015141 A 1.一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法， 其特征在于， 该方法基于直流电 源、 光源、 等离子体 真空仓、 光纤、 光谱仪和数据采集 终端所构成的系统实现， 其包括以下步 骤： 1)制作OSCs器件， 并将其有机层旋 涂于基底上， 同时将器件固定 于原位； 2)通过直流电源启动光源， 利用紫外 ‑可见分光光度计测试所述有机层的吸收光谱， 通 过光谱仪实时采集吸 收光谱数据； 3)通过定制光纤将所述光源的光路引入电容耦合等离子体发生器 中， 利用等离子体对 所述有机层表面进行选择性刻蚀， 将所述有机层从上表面刻蚀到下表面， 并实时采集深度 方向每一个亚层的吸收光谱变化， 获取到深度方向组分分布， 同时将深度方向亚层吸收光 谱按照刻蚀方向从上往下排列， 通过特征吸收峰的移动计算深度方向结 晶度的演化， 获取 到深度方向结晶度变化； 4)利用光学模型和电学模型进行仿真模拟计算， 计算出所述有机层内的深度 方向能级 分布和激 子分布， 最后模拟出器件的各种光伏参数。 2.根据权利要求1所述的一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法， 其特征在 于， 所述有机层采用共混物薄膜。 3.根据权利要求1所述的一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法， 其特征在 于， 所述深度方向组分分布获取时， 需计算两个物理量， 其分别为每个亚层的厚度和组分 比； 所述每 个亚层的厚度采用最小二乘法来拟合。 4.根据权利要求1所述的一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法， 其特征在 于， 所述步骤3)还包括根据每个亚层的吸收光谱， 计算出消光系数k， 进而计算出复折射率 由于有机材 料的折射率n变化范围很小， 此处设为2。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115015141 A 2一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方 法 技术领域 [0001]本发明涉及有机太阳能电池技术领域， 尤其涉及 一种有机薄膜深度方向垂直相分 离的新表征 方法。 背景技术 [0002]有机太阳能电池(OSCs)器件因为具备柔性、 廉价、 易加工等特点， 所以具有良好的 应用前景； 然而， 有机层薄膜在制备以及后处理过程中， 发生垂直相分离， 使活性层光学和 电学特性分布(尤其是深度方向)非常复杂， 会 决定性地影响器件的性能， 在不同的深度位 置处(亚层)往往具有不同的分子构象、 链取向、 结晶性、 微晶尺寸性质等， 通过影响薄膜在 不同位置处的微尺度性能决定了薄膜的宏观性质； 深度方向上 的不均匀分子堆积会导致： 1.能级在不同位置处的分散性； 2.聚合物分子量和化学等规度具有多分散性； 3.有机层中 同时存在非晶相和结晶相， 对应的光学吸收特性也有明显差异； 4.分子取向在薄膜表面和 内部有所不同； 因此， 有机分子的化学、 光学、 电学特性在薄膜内部不同的深度位置处是各 不相同的； 除此之外， 主流的器件结构为本体异质结， 给体材料和受体材料需要组成良好的 互穿网络结构， 才能最大限度减少能量损失； 因此， 为了优化光伏薄膜的光电转化效率， 需 要分析太阳光是如何在薄膜中衰减的， 以及光子的衰减位置和激子产生的位置； 并且需要 建立深度分辨的分子的构象， 结晶度等 参数与器件的光学性能和光伏性能的关系； [0003]目前， 现有表征手段难以充分准确地表征深度方向分子构象和结晶性， 致使其如 何影响有机层内光吸收和电荷传输， 如何影响器件的光学性能和电学性能， 缺乏足够的深 入的研究， 且存在众多局限性： 如表征深度不足， 表征的信息比较单一， 无法同时获得多种 信息， 形貌信息不全， 对深度方向样品造成损伤、 效率低等； 为此， 我们提出一种有机 薄膜深 度方向垂直相分离的新表征 方法。 发明内容 [0004]本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷， 而提出的一种有机薄膜深度方 向垂直相分离的新表征 方法。 [0005]为了实现上述目的， 本发明采用了如下技 术方案： [0006]一种有机薄膜深度方向垂直相分离的新表征方法， 该方法基于直流电源、 光源、 等 离子体真空仓、 光纤、 光谱仪和数据采集终端所构成的系统实现， 其包括以下步骤： [0007]1)制作OSCs器件， 并将其有机层旋 涂于基底上， 同时将器件固定 于原位； [0008]2)通过直流电源启动光源， 利用紫外 ‑可见分光光度计测试所述有机层的吸收光 谱， 通过光谱仪实时采集吸 收光谱数据； [0009]3)通过定制光纤将所述光源的光路引入电容耦合等离子体发生器中， 利用等离子 体对所述有机层表面进行选择性刻蚀， 将所述有机层从上表面刻蚀到下表面， 并实时采集 深度方向每一个亚层的吸收光谱变化， 获取到深度方向组分分布， 同时将深度方向亚层吸 收光谱按照刻蚀方向从上往下排列， 通过特征吸收峰的移动计算深度方向结 晶度的演化，说　明　书 1/9 页 3 CN 115015141 A 3