[發明專利]一種基于氟化稠環電子受體的寡聚物小分子太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010869979.1
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111883660A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 唐驊;嚴岑琪;閆新豪;闞志鵬;李剛;陸仕榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院;香港理工大學深圳研究院
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 代玲

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體公開了一種基于氟化稠環電子受體的寡聚物小分子太陽能電池及其制備方法，所述電池從下至上依次包括基板、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層和金屬電極，所述太陽能電池為正置器件結構，所述活性層包括寡聚物小分子給體DRCN5T和氟化小分子受體IDIC?4F。本發明將氟化策略引入到稠環電子受體(IDIC)中，搭配相比傳統小分子給體材料擁有更為簡單的化學結構和合成路徑的寡聚物小分子給體(DRCN5T)，在保證制備過程中后處理方式(熱退火+溶劑退化進行聯合處理)不變的情況下，有效提升了基于寡聚物小分子太陽能電池的效率，為未來有機光伏電池的多樣化發展指明了方向。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及有機小分子光伏器件和有機半導體薄膜太陽能電池領域，特別是涉及一種基于氟化稠環電子受體的寡聚物小分子太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機太陽能電池是最新一代能源技術，其極具前途、經濟有效，是化石能源的最佳替代方案之一，由于其原材料成本低廉、輕便、易于實現大面積與柔性化和對環境污染小等優勢，且可通過溶液法制備加工，使得有機光伏電池已經成為學術界和產業界的研究熱點之一。在最近幾年，有機小分子太陽能得到了十分快速的發展，特別是有機小分子與聚合物相比具有許多獨特的優點，例如結構單元確定、易提純、無批次差別等，使其成為有機光伏電池實現產業化的最優選擇之一。

氟化策略是一種在材料結構上引入氟原子，有效提升有機太陽能電池效率的方法，廣泛應用于有機聚合物太陽能電池中。如南京大學在小分子受體材料INPIC上進行氟化，成功將基于聚合物給體的器件效率從未氟化對照組(PBDB-T:INPIC)的4.31％提升至氟化后(PBDB-T:INPIC-4F)的13.13％；中國科學院北化所也成功在聚合物給體材料PBDBT和小分子受體材料ITIC上同時進行氟化，氟化后(PBDB-T-SF:IT4F)取得13.1％的效率，遠高于未氟化的對照組(PBDB-T:ITIC)11.05％的效率。由此可見，不管單獨對受體小分子材料進行氟化，還是同時對聚合物給體和小分子受體材料進行氟化，均能有效提升聚合物太陽能電池的光電轉化效率，而其中氟化的主要目的是為了紅移其吸收光譜，拉低材料的能級以及增強材料的結晶性等。但這種在有機聚合物太陽能電池中廣泛應用的方法卻極少能被應用于有機小分子太陽能電池中，主要由于小分子給體材料(主要為基于BDT,NDT和IDT為核的材料)，富勒烯小分子受體材料(如PC₆₁BM,PC₇₁BM和ICBA等)和非富勒烯小分子受體材料(如稠環電子受體和基于PDI的小分子受體材料等)均擁有高度的敏感性，細微結構上的改變通常將帶來器件形貌的巨大改變，因此在提升有機全小分子太陽能電池的道路上形成了一道堅固的技術壁壘。

因此，尋求行之有效的針對小分子材料結構修飾的方法及合理選擇對應的給/受體小分子材料具有巨大的科學影響和現實意義。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于氟化稠環電子受體的寡聚物小分子太陽能電池及其制備方法，用于解決現有技術中由于小分子給體材料的高度敏感性而使氟化策略不適用于提升寡聚物小分子給體體系有機太陽能電池效率的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明第一方面提供一種基于氟化稠環電子受體的寡聚物小分子太陽能電池，從下至上依次包括基板、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層和金屬電極，所述太陽能電池為正置器件結構，所述活性層包括寡聚物小分子給體和氟化小分子受體。

進一步，所述寡聚物小分子給體為DRCN5T，所述氟化小分子受體為IDIC-4F。

進一步，所述活性層中，寡聚物小分子給體和氟化小分子受體的質量比為5～7:3～5，優選為5:5、6:4或7:3。

進一步，所述基板包括透明襯底層和透明導電電極，所述透明導電電極為正極，所述金屬電極為負極。

進一步，所述透明導電電極的材料為氧化銦錫(ITO)。