[發明專利]半透明有機太陽能電池及其制法與在光伏農業大棚中的應用

在審

• 申請號: 201810399071.1
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108550702A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 葉軒立;石慧;夏若曦
• 申請（專利權）人: 華南協同創新研究院
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發明公開了一種可應用于光伏農業大棚的半透明有機太陽能電池及其制備方法與其在光伏農業大棚中的應用。所述半透明有機太陽能電池中的活性層為基于有機聚合物52充當給體、非富勒烯小分子IEICO?4F與富勒烯PC₇₁BM充當受體的二元或三元體系，所述有機聚合物J52、非富勒烯小分子IEICO?4F、富勒烯PC₇₁BM的質量比為1:(0～1.5):(0～1.5)，所述活性層厚度為90～100nm。所述太陽能電池的活性層為在紅外及近紅外波段吸收較強的有機材料。通過使盡量多的可見光透過，非可見光被反射進而被活性層吸收利用，從而同時提高器件的平均透過率及能量轉換效率。

技術領域

本發明屬于有機光電器件技術領域，具體涉及一種可應用于光伏農業大棚的半透明有機太陽能電池及其制備方法與其在光伏農業大棚中的應用。

背景技術

有機太陽能電池具有成本低、質量輕、柔性、半透明、可溶液加工，易于大面積制備等優點。與無機材料相比，有機吸光層材料具有吸收光譜不連續，且可通過改變其結構來改變吸收光譜的特點，易制成在可見光波段半透明的太陽能電池。目前，同時實現半透明器件較高的能量轉換效率及透光率仍面臨著較大的挑戰。近年來，非富勒烯受體材料由于具有易于合成、能帶易調控及可見光區或近紅外光區吸收強等優點，引起了科研界的廣泛關注，目前，基于非富勒烯的單節有機太陽能電池的效率已經超過13％(J.Am.Chem.Soc.2017,139,7148)。進一步結合非富勒烯受體材料較寬較強的吸收以及富勒烯受體材料較高的電子遷移率的優點，構建三元體系的有機太陽能電池，可將單節有機太陽能電池的效率進一步提高到14％(Sci.Bull.2017,62,1562)。基于在紅外及近紅外波段有吸收的非富勒烯受體材料的高效體系的出現，一方面有利于半透明有機太陽能電池性能的提高，因非可見光可被反射進而被活性層吸收利用；另一方面可推動半透明有機太陽能電池在建筑物窗戶或汽車玻璃等方面的應用。此外，光伏農業大棚也是半透明有機太陽能電池的潛在重要應用領域之一，然而，目前文獻中還沒有關于如何根據綠色植物的吸收光譜選擇適用于光伏農業大棚的有機材料體系的報道。

發明內容

本發明的首要目的在于提供一種可應用于光伏農業大棚的半透明有機太陽能電池。所述太陽能電池的活性層為在紅外及近紅外波段吸收較強的有機材料。通過使盡量多的可見光透過，非可見光被反射進而被活性層吸收利用，從而同時提高器件的平均透過率及能量轉換效率。此外，所述半透明有機太陽能電池的透射光譜與綠色植物中的主要成分葉綠素的吸收光譜匹配。

本發明的另一目的在于提供上述半透明有機太陽能電池的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述半透明有機太陽能電池的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種半透明有機太陽能電池，包括依次層疊的襯底、透明陽極、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層以及透明陰極；所述活性層為基于有機聚合物J52充當給體、非富勒烯小分子IEICO-4F與富勒烯PC₇₁BM充當受體的二元或三元體系，所述有機聚合物J52、非富勒烯小分子IEICO-4F、富勒烯PC₇₁BM的質量比為1:(0～1.5):(0～1.5)，所述活性層厚度為90～100nm。

所述有機聚合物J52在文獻(Haijun Bin,etc.Non-Fullerene Polymer SolarCells Based on Alkylthio and Fluorine Substituted 2D-Conjugated PolymersReach 9.5％Efficiency[J].Journal of the American Chemical Society.2016,138,4657-4664)中已公開，結構式為：

優選的，所述空穴傳輸層為PEDOT:PSS，厚度為30～50nm。