[發明專利]三元有機太陽能電池的制備方法

在審

• 申請號: 201711285675.5
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108288674A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 林慧;李利娟;陶斯祿
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 劉勛

三元有機太陽能電池的制備方法，屬于有機太陽能電池領域。本發明包括下述步驟：(1)活性層材料配置：溶劑為CB，由PTB7與香豆素衍生物作為給體材料，按質量比，PTB7:香豆素衍生物為0.7:0.1～1:0.1；受體材料為PC₇₁BM，按質量比，給體材料:受體材料為1:1～1:3；給體材料、受體材料與溶劑混合為濃度7～15mg/ml的活性層溶液；(2)ZnO溶液配置；(3)清洗ITO玻璃，然后進行等離子臭氧處理；(4)ITO玻璃表面旋涂ZnO，加熱退火；(5)退火后的ITO玻璃旋涂活性層材料，然后加熱退火，形成活性層；(6)活性層表面蒸鍍MoO₃層，然后蒸鍍Ag電極。本發明有利于器件的效率提升。

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池領域。

背景技術

有機太陽能電池領域已經發展了二十多年，現在無論是材料還是器件都有了巨大的突破，但是其仍然有改進的地方。首先多數太陽能電池還是使用基于富勒烯衍生物作為受體材料，富勒烯衍生物具有良好的電子傳輸性能，但也有一些無法回避的缺陷，例如提純成本高、可見光吸收弱、調節能級較難、穩定性較差等。非富勒烯受體材料具有優秀的性質，例如在可見光及近紅外區有較強的吸收、能級容易調節、合成及提純成本低等，開發新型非富勒烯受體材料至關重要?；诰酆衔锝o體的非富勒烯太陽能電池效率發展非常快，至今為止非富勒烯的單層電池光電轉換效率(PCE)已經突破13％(Wenchao Zhao,MolecularOptimization Enables over 13％Efficiency in Organic Solar Cells,2017)。然而聚合物給體材料卻也有明顯的缺陷，例如分子量分布的批次差異。小分子材料與聚合物比較具有更明顯的優勢，其化學結構確定，吸收光譜及能級容易調節，結晶性質可控，無批次差異。但是目前基于非富勒烯受體的小分子太陽能電池的光電轉換效率還較低。

為了進一步提高改善性能，使器件更穩定，研究者們提出了各種方法，無論是改變器件結構還是添加膜層和增加新合成的某種材料，都對器件性能有所改進。提出一個新的小分子受體或者給體，從而使有機太陽能電池的性能得到改善是較多研究中常用的方法，相應合成的小分子也有很多種(文章1,Danyang Ma, Non-fullerene small molecularacceptors with a carbazole core for organic solar cells with high open-circuit voltage,2017.文章2,Pierre Josse,Phthalimide end-cappedthienoisoindigo and diketopyrrolopyrrole as non-fullerene molecular acceptorsfor organic solar cells,2016)，為了得到更好的效果，一般都不僅僅合成一種小分子，通常會得到一系列的衍生物，并將小分子及其衍生物做出比較，得到有最高性能的小分子。此類型的比較是改變了小分子的化學結構，而將小分子制成納米線的形式是改變其物理結構。將活性層中的給體材料制成納米線的形式是目前將納米技術運用到有機太陽能電池的一個新的思路，有過類似的專利將一種給體材料制成納米線的形式(專利:Solar cellhaving organic nanowires US9608221 B2)。納米線是一維納米材料，在納米電子器件、光電器件、太陽能電池以及機電器件等領域有著巨大的應用優勢和潛力。本專利創新性的提出將香豆素制成納米線的形式運用到有機太陽能電池中，有研究表明將香豆素與富勒烯PC71BM受體構成二元器件時效果不理想，但是將其應用于基于PTB7:PC71BM的二元體系構成三元有機電池時，器件效率有很大的提升。而納米線技術與香豆素相結合可以在原有的基礎上使性能有進一步的提升，有一定的突破，希望能對有機太陽能電池活性層材料物理結構的優化具有一定的借鑒意義和參考價值。香豆素及其衍生物具有相同的理化性質與化學結構，香豆素7是香豆素衍生物中其中一種。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種三元有機太陽能電池的制備方法，所制備的太陽能電池具備更高的效率。