[發明專利]有機自由基及其衍生物在光伏器件中的應用

有效

• 申請號: 201910687246.3
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110400880B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 張斌;許金桂;朱衛國
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H10K30/30
• 分類號: H10K30/30;H10K30/50;H10K85/60;H10K71/00
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 謝新萍

本發明屬于有機自由基光伏技術領域，具體涉及有機自由基及其衍生物在光伏器件中的應用。以有機自由基及其衍生物作為電子受體材料，小分子或者共軛聚合物作為電子給體材料，通過溶液加工的方法制備有機/聚合物光伏器件，從而產生光伏效應。本發明方法進一步拓寬了有機自由基材料在光電器件中的應用，打破了有機自由基材料的應用瓶頸，可以有效地拓展有機自由基材料的應用，發揮此類材料的潛在光電特性。

技術領域

本發明屬于有機/聚合物光伏技術領域，具體涉及一種有機自由基及其衍生物在光伏器件中的應用。

背景技術

有機光伏器件是一類新型將太陽能轉換成電能的器件，由于其成本低，制作方法簡單、材料結構易變、質量輕、可柔性大面積制備等優點，引起了科學界和業界的廣泛關注。在聚合物光伏器件中，活性層材料的選擇最為重要，其中包含了有機或聚合物給體材料和受體材料。當前，眾多給體材料和受體材料已經被科研工作者研究出來。同時，在有機/聚合物光伏器件領域，光伏器件的優化和創新是提高器件性能的一種絕佳手段。為了提高器件的穩定性和能量轉換效率，科研者廣泛開發了一系列的受體材料，其中比較出色的材料有電子受體材料選自于富勒烯或者富勒烯衍生物、金屬化合物半導體量子點或者納米線。但是此類受體材料，合成步驟繁瑣、成本高，在一定程度上局限了有機光伏器件的發展。所以，開發全新概念和結構的有機光伏材料與體系成為一個十分迫切的任務。

有機自由基是一類電子結構非飽和態材料，具有一定的光電磁特性。目前，有機自由基的應用范圍較窄，主要集中于有機自由基化合物或者有機自由基聚合物材料的設計與合成階段，從而限制了有機自由基材料的進一步開發與應用。

發明內容

有機自由基其自身本征的開殼型電子結構，是一個缺電子中心，具有潛在結合電子的能力。因此，有機自由基材料可以應用于有機光伏器件中，實現高效的能量轉換。本發明通過將有機自由基及其衍生物作為有機/聚合物光伏器件活性層的電子受體材料，應用在光伏器件中。

本發明提供的有機/聚合物光伏器件，其器件結構包括依次層疊的襯底、陽極層、陽極修飾層、活性層、陰極修飾層、陰極層，或者器件結構包括依次層疊的襯底、陰極層、陰極修飾層、活性層、陽極修飾層、陽極層；其中所述的活性層中受體材料為一種有機自由基或其衍生物。

本發明的有機/聚合物光伏器件中的活性層為含有電子給體材料和電子受體材料的本體異質結結構的薄膜層，并且活性層的厚度為20～1000納米；其中電子給體材料選自于共軛有機小分子、聚乙烯撐類芳香聚合物、聚芴、聚硅芴、聚咔唑、聚噻吩、聚吲哚咔唑、聚茚芴、聚苯并二噻吩的均聚物或者共聚物、鈣鈦礦材料、無機量子點半導體或者無機半導體納米線；電子受體材料選自于一種有機自由基或其衍生物。

本發明的有機自由基及其衍生物為碳自由基有機材料，氧自由基有機材料或者氮自由基有機材料。

本發明優選的自由基有機材料的結構如下：

本發明所述的聚合物光伏器件中襯底為玻璃或者透明塑料薄膜；陽極層為銦參雜的氧化錫薄膜、氟參雜的氧化錫薄膜、鋁參雜的氧化鋅薄膜、金屬銀或者金薄膜；陽極修飾層為聚乙撐二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉(PEDOT：PSS)的混合薄膜、聚三苯胺的均聚物或共聚物、聚咔唑的均聚物或共聚物、氧化鉬薄膜、氧化鎳薄膜、氧化釩薄膜或者氧化鎢薄膜；所述陰極修飾層為堿金屬、堿土金屬、堿金屬化合物、堿土金屬化合物復合膜或者為含有極性基團的有機/聚合物材料；所述陰極層為鋁、銀、導電金屬氧化物、石墨烯、石墨烯衍生物、碳納米管。

本發明所述的有機/聚合物光伏正置器件的制備方法為：

(1)在襯底上通過溶液加工法或者真空蒸鍍法依次制備陽極層、陽極修飾層。

(2)將有機自由基或其衍生物與給體材料在有機溶劑中共混溶解，通過溶液加工方法獲得活性層；

(3)在活性層上通過溶液加工法或者真空蒸鍍法制備陰極修飾層。