[發明專利]一種陰極界面層材料及其制備方法、有機太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201910540563.2
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110212097B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 李楓紅;吳立新;邱靜;章玥
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種陰極界面層材料及其制備方法、有機太陽能電池及其制備方法，屬于有機太陽能電池領域。本發明提供的陰極界面層材料，由具有式1所示化學組成的物質形成：K_y?x[(C_nH_2n+1)₄N]_x[AW₁₁QO₄₀]式1；式1中x和y的取值獨立地為1～6且x≤y；A為P、Si、Ge、Al或As；Q為Mo或V；n為4、6、8或10。將本發明的陰極界面層材料用于有機太陽能電池，開路電壓為0.74～0.905V，短路電流密度為12.00～25.44mA/cm²，填充因子為0.672～0.709，能量轉換效率為7.30～14.53％，具有優異的電池性能。

技術領域

本發明涉及有機太陽能電池技術領域，尤其涉及一種陰極界面層材料及其制備方法、有機太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機太陽能電池(OSC)因材料來源廣、低成本、性質易調節、并可實現柔性、大面積、全溶液加工等突出優點，近年來已經成為國際上的熱點研究領域。經過人們二十多年的不懈努力，OSC領域已經取得了突破性的進展。目前，單節的二元OSC的能量轉換效率(PCE)已實現16.35％的高效率(Adv.Mater.2019,1901872-1901878.)。OSC的PCE不斷被刷新，主要歸功于新的活性材料的合成、器件結構的優化、活性層形貌的調控以及電極界面的修飾。常見體異質結OSC的器件結構是由陽極、光活性層材料、陰極組成的“三明治”結構，通常人們還會在活性層和電極之間引入界面層來修飾電極，這主要是為了降低載流子的抽取勢壘，改善活性層和電極的接觸，從而在電極界面處實現歐姆接觸，最終優化提高器件性能。由此可見，在不斷提高OSC性能的過程中，界面修飾工程是一種強有力的策略。界面修飾層通常分為陽極界面層(AIL)和陰極界面層(CIL)，PEDOT:PSS、MoO₃、V₂O₅等是較為經典的AIL材料，并且已經被成熟的應用于OSC中，而CIL材料眾多，種類復雜，是人們研究的重點。

CIL能降低陰極的功函數，減小串聯電阻和電荷復合損失，使活性層與陰極之間形成良好的歐姆接觸，有助于傳輸電子及電極收集電子。在傳統OSC中，CIL置于活性層上，所以CIL材料需要溶解在不破壞活性層的極性溶劑中。一般是滿足水/醇可溶或者大部分水/醇可溶，這樣才能保證不破壞活性層的情況下通過旋涂加工制備得到器件。常見的具有水/醇溶性的有機CIL材料包括共軛聚合物(PFN(Adv.Mater.2011,23,4636-4643.))、共軛有機小分子(PDIN、PDINO(EnergyEnvironmental Science 2014,7,1966-1973)、DCNQA-PyBr、QA-PyBr(J.Mater.Chem.A2016,4,2169-2177.)、VOPc(OPyCH₃I)₈、ZnPc(OC₈H₁₇OPyCH₃I)₈(J.Mater.Chem.A 2015,3,4547-4554.)、IIDTh-NSB(ACS Appl.Mater.Interfaces 2016,8,32823-32832.))、非共軛聚合物(PEI、PEIE(Science 2012,336,327-332.))和非共軛有機小分子(MSAPBS(Nat.Photonics 2015,9,520-524.))，共軛聚合物和共軛有機小分子由于具有復雜的π共軛單元，合成路線困難，這會導致生產成本的增加。非共軛有機小分子材料具有明確的化學結構、容易合成，純度較高等優點，所以溶于水/醇的非共軛有機小分子在OSCs中常被認為是有應用前景的CIL材料。