[發明專利]一種適用于室內熱光源照明環境下光電轉換的有機光伏器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202011300140.2
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112420932B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 殷航;陳志豪;郝曉濤
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H10K85/20
• 分類號: H10K85/20;H10K30/50;H10K30/20;H10K71/12
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王楠

本發明涉及一種適用于室內熱光源照明環境下光電轉換的有機光伏器件及其制備方法，屬于有機光伏器件制備技術領域，從下至上分別為透明導電襯底、電子傳輸層、有機光敏活性層、空穴傳輸層、金屬電極，所述有機光敏活性層包括高分子聚合物、窄帶隙非富勒烯分子。選取了多種吸收光譜集中于近紅外波長范圍的非富勒烯受體，與聚合物給體相結合進行室內有機光伏器件制備。通過優選光敏活性層的厚度及各傳輸層的加工工藝，實現了鹵素燈、白熾燈等熱光源發射的光子的有效收集，實現了室內有機光伏在多種照明環境下作為離網能源的應用。

技術領域

本發明涉及一種適用于室內熱光源照明環境下工作的有機光伏器件的制備和應用，屬于有機光伏器件制備技術領域。

背景技術

有機光伏發電作為一種清潔的可再生能源技術，是新能源技術的重要發展和研究方向之一。目前有機光伏器件的能量轉換效率已經突破18％，相較于成熟商業化的硅基光伏電池25％的效率仍為較低。除了器件性能，光伏技術的應用對器件的穩定性也有要求。硅基太陽能電池憑借著超過26％的光電轉換效率以及20年以上的使用壽命，目前已成為產業化光伏的主導。相比之下，有機光伏器件對強光、高溫、水氧等因素極為敏感，穩定性亟待進一步提升，產業化面臨巨大挑戰。但另一方面，有機光伏器件有著柔性，環保，可卷對卷印刷等優勢。立足其獨有優勢和特長開辟最佳的應用環境和方向，是推動有機光伏產業化進程的不二之路。

近些年隨著“互聯網+”概念的興起，物聯網逐漸成為了各行各業發展轉型的關鍵方向。高效的物聯網構建離不開各類低功耗微電子器件的支撐。而這些大多分布于室內環境的低功耗器件的使用，對持續供能的離網能源提出了要求。在室內照明環境下，入射光輻射功率通常低于1mW/cm²，約為太陽光輻射功率(100mW/cm²)的千分之一。然而，相較于280-4000nm的寬譜太陽光輻射，室內常用的LED燈和熒光燈的發射范圍集中在400-700nm之內。在這樣的環境下，光生載流子密度較低，器件中缺陷態導致的復合效應顯著，硅基光伏器件的光電轉換效率極低。而有機光伏材料的吸收光譜連續可調，光敏活性層中的缺陷復合效應較弱，并且可見光范圍的透過率較高，結合卷曲柔性等特性，使得有機光伏器件極其適合室內光光子收集。近幾年針對室內有機光伏的研究逐漸興起，研究成果豐碩，材料和器件構筑策略不斷被迭新，在1000lux照度的LED燈光下，光電轉換效率已突破30％。

目前針對室內有機光伏的研究大多使用LED燈或熒光燈等不含紅外光譜的冷光源作為研究所用光源。盡管LED現已大范圍應用于多種照明環境，但含有紅外光譜成分的熱光源，如鹵素燈和白熾燈等，仍然有著其不可替代的應用場景。在工廠、寫字樓等需要集中照明的環境，以及商場，舞臺等對顯色要求較高場景，熱光光源有著獨特的應用和性能。現有的室內有機光伏器件大都集中于收集400-700nm范圍的可見光子，而不考慮800nm以上近紅外光子。這樣使得現有的室內有機光伏器件并不適用于熱光照明環境下的光電轉換。實現室內熱光源環境下有機光伏器件的構筑和優異的性能，是拓展室內有機光伏使用場景，推進其真正走向實際應用和產業化的關鍵。

發明內容

針對現有室內有機光伏僅在冷光光源下應用的不足，本發明提供了一種基于窄帶隙非富勒烯受體的熱光源環境適用的室內有機光伏器件。本發明還提供上述器件裝置的應用。本發明選取了多種吸收光譜集中于近紅外波長范圍的非富勒烯受體，與聚合物給體相結合進行室內有機光伏器件制備。通過優選光敏活性層的厚度及各傳輸層的加工工藝，實現了鹵素燈、白熾燈等熱光源發射的光子的有效收集，實現了室內有機光伏在多種照明環境下作為離網能源的應用。熱光光源下，室內有機光伏器件的輸出功率密度大幅提升，是冷光光源的3-5倍，可提升驅動負載的能量，減少光伏器件面積，提升有機光伏器件的應用范圍。

術語解釋：

1、PM6，是一種聚合物給體，分子式是