一种三元非富勒烯有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于光伏太阳能技术领域，具体涉及一种三元非富勒烯有机太阳能电池及其制备方法，该电池自下向上依次设置为ITO玻璃基板、阳极界面层PEDOT:PSS、活性层、阴极界面层PDIN、金属阴极层Al。其中，活性层由聚合物给体材料(PM6)、稠环非富勒烯小分子受体材料(Y6)和线性非富勒烯小分子受体材料(BDDTTIC

【技术实现步骤摘要】
一种三元非富勒烯有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于光伏太阳能
，特别涉及一种三元非富勒烯有机太阳能 电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技和经济的高速发展，面对化石能源的不断减少以及其大量消耗而 带来的环境污染问题的不断出现，开发出环境友好型可再生能源已成为世界各 国关注的焦点。非富勒烯有机太阳能电池是近年来发展的一类新型太阳能电池， 与传统的无机太阳能电池相比、有机太阳能电池具有可溶液加工、材料来源广、 质轻、工艺简单、可大面积制备及可制备柔性半透明等优点，是一类可持续的 绿色可再生能源技术。
[0003]目前，有机太阳能电池主要采用本体异质结结构进行制备研究，大多采用 二元活性层结构，既将一种有机给体材料与另一种有机受体材料进行共混作为 电池的活性层材料。但二元有机太阳能电池由于其吸收光谱较窄，无法充分利 用太阳光，限制了激子在界面处的解离和转移。
[0004]为了克服其固有缺陷，拓宽光活性层的光吸收范围，获得更加平衡的电荷 传输，提高非富勒烯有机太阳能电池的填充因子和能量转换效率，近年来，通 过在活性层中引入吸收互补、能级匹配的第三组分，制备三元共混的有机太阳 能电池。性能匹配的第三组分小分子受体材料的加入，不仅拓宽了原有的二元 共混膜中的吸收光谱，还有效的调节了有机光电材料的电压梯度，改善了活性 层的表面形态，从而提高了有机太阳能电池的光电性能参数。但是目前基于非 富勒烯小分子双受体材料与聚合物单给体材料之间的能级匹配、以及吸收互补 的材料还较少，特别不同活性层材料结构对活性层薄膜形貌的影响认识还存在 不足。因此，开发出新的非富勒烯小分子受体材料来构筑三元有机活性层材料 来获得高效的器件效率，显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了提供一种具有高效率的三元非富勒烯有机太阳能电池及其制 备方法。
[0006]本专利技术通过在聚合物给体材料(PM6)(制备方法参见：M.J.Zhang,X.Guo, W.Ma,H.Ade and J.H.Hou,Adv.Mater.,2015,27,4655
‑
4660)与经 典的稠环非富勒烯小分子受体材料(Y6)组成的二元本体异质结有机太阳能电 池的活性层中，引入一种线性非富勒烯小分子受体材料(BDDTTIC
‑
4F)(制备方 法参见New J.Chem.,2021,45,22093
–
22100)，提供了一种有一个聚合物给 体材料、一个稠环非富勒烯小分子受体材料和一个线性非富勒烯小分子受体材 料构建的高效的三元共混非富勒烯有机太阳能电池。
[0007]本专利技术提供的一种高效三元非富勒烯有机太阳能电池的构筑技术是以线性 非富勒烯小分子受体材料(BDDTTIC
‑
4F)作为第三组分，引入到二元非富勒烯 有机太阳能电池活性层中，构筑高效的三元非富勒烯有机太阳能电池；引入的 线性非富勒烯小分子受体材
料(BDDTTIC
‑
4F)，不仅可以有效地拓宽光活性层的 光谱吸收，而且可以改善活性层的形貌，改善相分离，减少空穴和电子对的复 合，有利于促进激子在界面处的解离和转移，从而提高器件的短路电流、填充 因子和能量转换效率。
[0008]本专利技术提供的三元非富勒烯有机太阳能电池采用本体异质结正式器件结 构，电池自下向上依次设置为ITO玻璃基板、阳极界面层PEDOT:PSS、活性层、 阴极界面层PDIN、金属阴极层Al。
[0009]阳极界面层厚度范围为1～45nm。
[0010]光活性材料中，包括聚合物给体材料PM6与稠环小分子受体材料Y6和线性 小分子受体材料(BDDTTIC
‑
4F)。
[0011]PM6，Y6和BDDTTIC
‑
4F按照1.0：(1.0
‑
x)：x的质量比进行配比，其中， x是受体材料BDDTTIC
‑
4F的质量分数，x的质量百分数为5
‑
20％。
[0012]三元光活性层的最优厚度为95nm。
[0013]线性非富勒烯的分子结构如式1所示:
[0014][0015]稠环非富勒烯小分子受体材料Y6的分子结构如式2所示:
[0016][0017]聚合物给体材料PM6的分子结构如式3所示:
[0018][0019]阴极界面层厚度范围为1～25nm。
[0020]本专利技术构建的高效三元非富勒烯有机太阳能电池有如下优势：
[0021]1)基于线性非富勒烯小分子受体材料(BDDTTIC
‑
4F)的三元非富勒烯有机 太阳能电池的光电转换效率高，制备工艺简单，成本低，容易加工成型。
[0022]2)基于线性非富勒烯小分子受体材料(BDDTTIC
‑
4F)在三元非富勒烯有机 太阳能电池中不仅可以有效地拓宽光活性层的光谱吸收，而且可以改善活性层 形貌，改善相分离，减少空穴和电子对的复合，有利于促进激子在界面处的解 离和转移，从而提高器件的短路电流和填充因子，达到提升电池的能量转换效 率。
附图说明：
[0023]图1是本专利技术高效三元非富勒烯有机太阳能电池器件结构图。
[0024]图2是本专利技术实施例1～4中不同质量比PM6:Y6:BDDTTIC
‑
4F三元有机太 阳能电池器件的电流密度
‑
电压特征曲线图。
[0025]图3是本专利技术实施例1～4中不同质量比PM6:Y6:BDDTTIC
‑
4F三元有机太 阳能电池器件的外量子曲线图。
[0026]图4是实施例2和对比实施例1、对比实施例2所述器件在AM(强度为100 mW/cm2)照射下的电流密度
‑
电压特征曲线图。
[0027]图5是实施例2和对比实施例1、对比实施例2所述器件对应的外量子效率。
具体实施方式
[0028]下面结合具体的实施例对本专利技术进行详细的说明。
[0029]实施例1
[0030]PM6:Y6:BDDTTIC
‑
4F(质量比＝1.0:0.95:0.05)三元非富勒烯有机太阳能电 池的制备。
[0031]将洁净的ITO阳极导电玻璃在紫外臭氧下处理15min，在其表面旋涂制备 PEDOT:PSS(4500rpm，20s，30nm)阳极缓冲层；再在阳极缓冲层上旋涂制备PM6:Y6: BDDTTIC
‑
4F光活性层(1750rpm，40s，95nm)，质量比为1.0:0.95:0.05；然后 旋涂PDIN甲醇溶液(2.0mg/mL)于活性层上(3000rpm，20s)，形成电子传输 层；最后真空蒸镀箱中蒸镀上阴极Al
(90nm)，器件面积为0.16cm2。在标准测 试条件下(AM1.5,100mW/cm2)，获得器件的V
oc
＝0.867V,J<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元非富勒烯有机太阳能电池，该电池采用本体异质结正向结构，其特征在于，所述电池自下向上依次设置为ITO玻璃基板、阳极界面层PEDOT:PSS、活性层、阴极界面层PDIN、金属阴极层Al，其中，活性层由聚合物给体PM6，稠环非富勒烯小分子受体Y6和线性非富勒烯小分子受体BDDTTIC
‑
4F组成。2.根据权利要求1所述的三元非富勒烯有机太阳能电池，其特征在于，所述阳极界面层厚度为1～45nm。3.根据权利要求1所述的三元非富勒烯有机太阳能电池，其特征在于，所述活性层厚度为95nm。4.根据权利要求1所述的三元非富勒烯有机太阳能电池，其特征在于，所述活性层中，PM6，Y6和BDDTTIC
‑
4F按照1.0：(1.0
‑
x)：x的质量比进行配比，其中，x是受体材料BDDTTIC
‑
4F...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘煜，徐永川，周忠鑫，朱卫国，张诗月，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：