[發(fā)明專利]基于香豆素及其衍生物的有機太陽能電池及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710249660.7
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106953017A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶斯祿;陳新偉;林慧;周玲
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所(普通合伙)51215
• 代理人: 劉勛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機太陽能電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

有機光伏技術(shù)自鄧青云博士在1986年發(fā)明了由四羧基苝的一種衍生物和銅酞菁(CuPc)這兩種對可見光有強吸收的有機染料組成的雙層膜開始已經(jīng)有了十足的進展。有機光伏器件的工作原理與無機太陽能電池的工作原理類似，都是基于光伏效應(yīng)：主要過程是在光照條件下，有機半導(dǎo)體材料吸收光子，然后形成激子，當(dāng)激子擴散到活性層接觸面時，電子-空穴對在給受體能級差的作用下分解為自由電子和自由空穴，自由電子和自由空穴被電極收集形成電流。針對其工作原理，為了使有機半導(dǎo)體更多的吸收光子產(chǎn)生激子，同時使激子能更好的分離被電極收取，有機光伏的器件結(jié)構(gòu)不斷被改進，從最初單純的雙層異質(zhì)結(jié)經(jīng)歷了多層異質(zhì)結(jié)再到現(xiàn)在基于體異質(zhì)結(jié)活性層的多層異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)。對于有機光伏最重要的半導(dǎo)體材料經(jīng)過是十年的發(fā)展更是數(shù)不勝數(shù)，從小分子到聚合物的給體材料，從富勒烯到非富勒烯的受體材料。所以圍繞提高有機太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的研究取得了大量成果，效率不斷提升，目前基于共軛聚合物-富勒烯的太陽能電池的器件效率最高以達到11.5(Zhao J,Li Y,Yang G,et al.Nature Energy,2016,1:DOI:10.1038/nenergy.2015.27)，小分子-富勒烯太陽能電池最高效率最高效率已達到9.8(Wang,Z.G.,X.P.Xu,Z.J.Li,K.Feng,K.Li,.Advanced Electronic Materials(2016)。基于聚合物/非富勒烯小分子的有機電池目前器件效率最高達到7.7％(Kwon OK,Uddin MA,Park J-H,et al.Advanced Materials,2015,)，基于N2200和PBDTT-F-TT制備的全聚合物非富勒烯電池，目前器件效率最高達到6.71％(Jung JW,Jo JW,Chueh C-C,et al..Advanced Materials,2015,27)，這是基于n型聚合物的非富勒烯有機太陽能電池的最高紀(jì)錄[7]。但由于有機半導(dǎo)體材料的電荷遷移率普遍較低、吸收譜帶比較窄，太陽光利用率低，以及器件結(jié)構(gòu)仍存在吸光面積小，電荷傳輸和收集效率低缺點，導(dǎo)致有機太陽能電池的效率遠低于硅基太陽能電池。因此提高有機太陽能電池的效率以期達到商業(yè)應(yīng)用是現(xiàn)階段國內(nèi)外研究的主要目標(biāo)。

串聯(lián)有機太陽能電池以及三元有機太陽能電池是兩種提高對太陽光吸收的最好辦法，但因為串聯(lián)器件的制作工藝著實繁瑣，可重復(fù)性很差。所以三元有機太陽的有機電池被人們廣泛應(yīng)用和研究，三元有機電池最初的設(shè)計思路是第三種材料的吸收光譜能與其他兩種成形互補從而增加對太陽能光的吸收利用，同時由于第三種材料常常能與前兩種材料的的能級形成梯度，形成能級滑降減小電子和空穴能的傳輸壁壘。但隨著三元器件研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)有些三元材料的加入不僅能提高吸收增加短路電流，同時能改善活性層形貌，增加原有給體的纖維狀結(jié)晶，所以在提高器件短路電流的同時提高填充因子。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有較高效率的太陽能電池及制備方法。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，基于香豆素及其衍生物的有機太陽能電池，包括基板、陰極、陽極、電子傳輸層、空穴傳輸層和活性層，其特征在于，所述活性層的材料中包含小分子材料，所述小分子材料為香豆素或者香豆素衍生物。

以CAS號表示，所述小分子材料為下述材料之一：

91-64-5、27425-55-4、38215-36-0、41044-12-6、117850-52-984865-19-0、50995-74-9、28705-46-6、851963-03-6。

活性層材料包括給體材料和受體材料，所述二元電池中小分子材料為活性層材料中的給體材料，三元電池中PTB7與小分子或PTB7-th與小分子的混合物同時為給體材料，所述受體材料為富勒烯衍生物PC71BM。

優(yōu)選的，所述小分子材料是CAS號為27425-55-4的材料。

所述基板為玻璃基板，各層按照玻璃基板、陰極、電子傳輸層、活性層、空穴傳輸層、陽極順次設(shè)置，所述陰極的材料為ITO，所述陽極的材料為Ag。

本發(fā)明還提供一種基于香豆素及其衍生物的有機太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟1活性層材料配置：

1a.以小分子材料為給體材料，小分子材料濃度為8～15mg/ml，