一种基于液晶小分子的太阳能电池活性层材料及其应用制造技术

一种基于液晶小分子的太阳能电池活性层材料及其应用，活性层材料包括电子给体材料PM6、电子受体材料Y6和第三组分受体材料DFBT

【技术实现步骤摘要】
一种基于液晶小分子的太阳能电池活性层材料及其应用


[0001]本专利技术属于有机太阳能电池
，尤其涉及一种添加液晶小分子材料的三元有机太阳能电池的活性层材料及应用。

技术介绍

[0002]目前有机太阳能电池仍有一些问题亟待解决。一是活性层材料的吸收光谱不能与太阳光谱完全匹配，电荷载流子迁移率相对较低，二是有机太阳能电池活性层不易调控，稳定性较差。
[0003]传统的本体异质结有机太阳能电池活性层为二元薄膜，由电子给体材料和电子受体材料组成，但二元有机太阳能电池存在电荷迁移率低，吸收光范围小、能量损失高等缺点。而三元有机太阳能电池通过引入第三组分给体或者第三组分受体，可以很好的解决二元有机太阳能电池中存在的上述问题。但是，要找到一种合适的第三组分受体来进一步提高有机太阳能电池的能量转换效率，则是目前亟待要解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的以上问题，本专利技术的目的是提供一种基于非富勒烯PM6:Y6体系并添加液晶小分子DFBT
‑
TT6作为第三组分受体的三元有机太阳能电池及其制备方法，通过优化活性层形貌，提高了电荷迁移率并实现了超快的激子解离和更快的电荷收集效率。
[0005]本专利技术所述的一种基于液晶小分子的太阳能电池活性层材料，包括电子给体材料、电子受体材料和第三组分受体材料，其中给体材料为PM6，受体材料为Y6，第三组分给体材料为液晶小分子DFBT
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TT6。
[0006]所述的给体材料PM6，受体材料Y6，第三组分给体材料液晶小分子DFBT
‑
TT6的分子结构式如下：；
；。
[0007]所述的活性层材料中PM6:Y6:DFBT
‑
TT6的质量比为1:1.16~1.18:0.01~0.05，优选1:1.17:0.03。
[0008]本专利技术所述的基于液晶小分子太阳能电池活性层材料在制备太阳能电池中应用，所述太阳能电池（正向的器件）结构自下而上依次为ITO玻璃片、空穴PEDOT:PSS传输层、PM6:Y6:DFBT
‑
TT6活性层、电子PDINO传输层、金属Al阴极层。
[0009]所述的PM6:Y6:DFBT
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TT6活性层厚度为80~120 nm，所述的空穴PEDOT:PSS传输层厚度为30~40 nm，所述的电子PDINO传输层厚度为7~15 nm，所述的金属Al阴极层厚度为90~150 nm。
[0010]本专利技术提供一种三元有机太阳能电池的制备方法，包括以下步骤。
[0011]（1）将刻蚀后的ITO玻璃片进行超声和等离子体处理。
[0012]（2）旋涂PEDOT:PSS，并进行加热退火处理，形成空穴PEDOT:PSS传输层。
[0013]（3）将PM6:Y6:DFBT
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TT6活性材料溶解于溶剂中，旋涂于空穴PEDOT:PSS传输层上，然后进行加热退火处理，形成PM6:Y6:DFBT
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TT6活性层。
[0014]（4）将PDINO溶解在溶剂中，并旋涂于PM6:Y6:DFBT
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TT6活性层上，形成电子PDINO传输层。
[0015]（5）在PDINO电子传输层上蒸镀金属Al阴极层。
[0016]上述制备方法的优选方案如下。
[0017]步骤（1）所述的超声清洗剂依次为洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇，超声时间各为20 min，等离子体清洗仪中处理时间为3 min。
[0018]步骤（2）所述的旋涂速度为3500~4500 rpm/min，退火时间为20 min，退火温度为150~160 ℃。
[0019]步骤（3）所述的PM6:Y6:DFBT
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TT6的质量比为1:1.16~1.18: 0.01~0.05，且在器件制备之前加入氯萘，体积比为0.5%。
[0020]步骤（3）所述的溶剂为氯仿，旋涂速度为2500~3500 rpm/min，旋涂时间为1 min，退火时间为10 min，退火温度为115 ℃。
[0021]步骤（4）所述的溶剂为甲醇，溶液浓度为1 mg/mL旋涂速度为2500~3500 rpm/min，
旋涂时间为30 s。
[0022]本专利技术的有益效果如下。
[0023]（1）本专利技术通过引入一种液晶小分子作为有机太阳能电池活性层的第三组分受体，在基于高效的非富勒烯体系PM6:Y6上实现了光的互补吸收，增加了有机太阳能电池器件在紫外区域的吸收作用，增强PM6和Y6 的结晶度，增加相分离并减小
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堆积距离，实现超快的激子解离和更高的电荷收集效率。
[0024]（2）液晶小分子DFBT
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TT6合成简单，成本低，本专利技术的制备工艺简单，旋涂的工艺可以使三元有机太阳能电池获得更高的短路电流（J
sc
）和能量转化效率。
[0025]（3）液晶小分子DFBT
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TT6的添加丰富了第三组分受体添加剂的范畴，对后面三元有机太阳能电池第三组分受体的结构设计有一定的参考价值。
附图说明
[0026]图1为本专利技术三元有机太阳能电池的正向器件结构示意图。
[0027]图2为本专利技术实施例1~6中三元有机太阳能电池给体材料PM6、受体材料Y6和第三组分液晶小分子DFBT
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TT6的薄膜吸收光谱图。其中横坐标为波长（Wavelength），单位为nm，纵坐标为吸收度（Abs）。
[0028]图3为本专利技术实施例1~6中基于液晶分子不同添加量活性层器件的电流（Current Density）
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电压（Voltage）特性曲线图。
具体实施方式
[0029]下面结合具体实施例，进一步阐述此专利技术。应理解，这些实施例仅对本专利技术的具体实施做说明，而不限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0030]所用实验材料与试剂丙酮、异丙醇、甲醇等溶剂均购自于国药集团化学试剂有限公司，PEDOT:PSS购自于BAYTRON，型号为PVP 4083。
[0031]实施例1。
[0032]（1）将刻蚀后的ITO玻璃片依次使用洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇各超声清洗20 min，用氮气枪吹干后，置于等离子体清洗仪中处理3 min。
[0033]（2）将空穴传输层采用溶液旋涂PEDOT:PSS，旋涂速度为4000 rpm/min，在150 ℃下退火20 min。
[0034]（3）将活性层材料PM6:Y6:DFBT
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TT6按照质量（mg）比1:1.17:0.03溶解在氯仿中，配制成活性层溶液，浓度为16 mg/mL，并在40 ℃下搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液晶小分子的太阳能电池活性层材料，其特征是包括电子给体材料、电子受体材料和第三组分受体材料，其中给体材料为PM6，受体材料为Y6，第三组分给体材料为液晶小分子DFBT
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TT6；所述的给体材料PM6，受体材料Y6，第三组分给体材料液晶小分子DFBT
‑
TT6的分子结构式如下：；；；所述的活性层材料中PM6:Y6:DFBT
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TT6的质量比为1:1.16~1.18:0.01~0.05。2.根据权利要求1所述的一种基于液晶小分子的太阳能电池活性层材料，其特征是所述的活性层材料中PM6:Y6:DFBT
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TT6的质量比为1:1.17:0.03。3.权利要求1或2所述的基于液晶小分子太阳能电池活性层材料在制备太阳能电池中应用，其特征是所述的太阳能电池结构自下而上依次为ITO玻璃片、空穴PEDOT:PSS传输层、PM6:Y6:DFBT
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TT6活性层、电子PDINO传输层、金属Al阴极层。4.根据权利要求3所述的基于液晶小分子太阳能电池活性层材料在制备太阳能电池中应用，其特征是所述的太阳能电池中，PM6:Y6:DFBT
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TT6活性层厚度为80~120 nm，空穴PEDOT:PSS传输层厚度为30~40 nm，电子PDINO传输层厚度为7~15 nm，金属Al阴极层厚度为90~150 nm。5.权利要求3所述的太阳能电池的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）将刻蚀后的ITO玻璃片进行超声和等离子体处理；（2）旋涂PEDOT:PSS，并进行加热退火处理，形成空穴PEDOT:PSS传输层；
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒辰，廖勋凡，陈义旺，李蕾，朱佩佩，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：