[發(fā)明專利]一種三元有機(jī)太陽(yáng)電池及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910032062.3
• 申請(qǐng)日: 2019-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN109817809A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉軒立;張桂傳;任敏潤(rùn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南協(xié)同創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 向玉芳

本發(fā)明公開了一種三元有機(jī)太陽(yáng)電池及其制備方法，三元有機(jī)太陽(yáng)電池包括襯底和有機(jī)太陽(yáng)電池元件，有機(jī)太陽(yáng)電池元件依次包括陽(yáng)極、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層以及陰極，所述活性層為一種結(jié)晶聚合物電子給體與兩種非富勒烯小分子電子受體共混的受體層的組合，活性層的總厚度為50～200nm。本發(fā)明通過(guò)順序沉積所制備的三元有機(jī)太陽(yáng)電池相對(duì)于基于異質(zhì)結(jié)制備的三元有機(jī)太陽(yáng)電池，可簡(jiǎn)化獲得高效三元有機(jī)太陽(yáng)電池的關(guān)鍵問(wèn)題即對(duì)活性層形貌的控制，同時(shí)又較大程度地保持給、受體層各自的結(jié)晶度來(lái)提高電荷的傳輸速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)光電器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三元有機(jī)太陽(yáng)電池及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今世界隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。礦物燃料枯竭引起的能源危機(jī)，燃燒礦物燃料引起的室溫效應(yīng)使得地球環(huán)境面臨著重大挑戰(zhàn)，占地球總能量90％以上的太陽(yáng)能逐漸進(jìn)入人們視野，太陽(yáng)能具有的分布廣闊，獲取方便，儲(chǔ)量豐富的特點(diǎn)受到了眾多科學(xué)學(xué)家的青睞,使得太陽(yáng)能在解決嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題和世界今天面臨的太陽(yáng)能挑戰(zhàn)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并促成了光伏技術(shù)的快速發(fā)展。有機(jī)太陽(yáng)能電池高分子本體異質(zhì)結(jié)光伏器件是一種近代才出現(xiàn)的新型半導(dǎo)體器件，它集中了多種優(yōu)異特質(zhì)于一身，諸如可以通過(guò)簡(jiǎn)易的溶液加工法制備成柔性、輕便、而且更加低廉的光電器件。

近年來(lái)基于本體異質(zhì)結(jié)的光伏電池，得到了迅速的發(fā)展，如基于非富勒烯受體的非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池。為了進(jìn)一步提升有機(jī)太陽(yáng)電池的效率，可以采用疊層的方法和三元共混的方法來(lái)制備有機(jī)太陽(yáng)電池器件，但相對(duì)于疊層工藝來(lái)說(shuō)，三元共混是一種較為簡(jiǎn)便和有效的提升效率的策略。通過(guò)在原有的二元有機(jī)太陽(yáng)電池中加入吸收互補(bǔ)的第三組分，可以是電子給體材料也可以是電子受體材料。從而使三元有機(jī)太陽(yáng)電池的光電響應(yīng)光譜拓寬，提高對(duì)太陽(yáng)光譜的利用率，或者可以增強(qiáng)原來(lái)吸收較弱的光譜強(qiáng)度，從而提高短路電流，進(jìn)而進(jìn)一步提高有機(jī)太陽(yáng)電池的效率。

例如，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的李永舫等人在基于電子給體J51和電子受體 ITIC的二元有機(jī)太陽(yáng)電池中，引入了第二個(gè)電子給體聚合物PTB7-Th，增強(qiáng)了650 nm～750nm范圍內(nèi)的吸收，短路電流密度從16.47mA/cm²增加到17.75mA/cm²， PCE從9.26％提升到9.70％(Adv.Energy Mater.2017,7,1602215)。又如，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的侯劍輝等人在基于電子給體PBDB-T和非富勒烯電子受體IT-M 的二元有機(jī)太陽(yáng)電池中，加入了寬帶隙的富勒烯電子受體Bis[70]PCBM增強(qiáng)了原二元有機(jī)太陽(yáng)電池在380nm～550nm處較弱的短波段的吸收，從而增強(qiáng)了外量子效率(EQE)，短路電流密度從二元電池的16.70mA/cm²提升到了17.30mA/cm²， PCE從10.80％提升到了12.10％(Adv.Mater.2017,29,1604059)。上述例子證明了三元共混是提升有機(jī)太陽(yáng)電池效率的一個(gè)簡(jiǎn)便可行的方法。但是，基于本體異質(zhì)結(jié)的三元有機(jī)太陽(yáng)電池對(duì)加入的第三組分很敏感，形貌控制很難，所以設(shè)想通過(guò)加入光譜互補(bǔ)的第三組分或者增強(qiáng)遷移率的第三組分來(lái)提高有機(jī)太陽(yáng)電池的效率往往并不能得到滿意的結(jié)果，為了滿足制備簡(jiǎn)便高效的有機(jī)太陽(yáng)電池，就需要開發(fā)一種簡(jiǎn)化三元電池形貌控制的方法和策略。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種三元有機(jī)太陽(yáng)電池，從而實(shí)現(xiàn)高效簡(jiǎn)便的策略制備高效的三元有機(jī)太陽(yáng)電池。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述三元有機(jī)太陽(yáng)電池的制備方法，所述的方法為順序沉積法(Layer-by-Layer，以下簡(jiǎn)稱LBL)，可較大程度地保持給、受體層各自的結(jié)晶度來(lái)提高電荷的傳輸速率，從而實(shí)現(xiàn)高效三元有機(jī)太陽(yáng)電池。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種三元有機(jī)太陽(yáng)電池，該三元有機(jī)太陽(yáng)電池依次包括層疊的襯底、陽(yáng)極、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層以及陰極；所述的活性層依次包括層疊的電子給體層和電子受體層，所述的電子受體層由兩種不同電子受體材料共混組成；