[發明專利]一種全小分子有機太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202110016899.6
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112802966A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 胡定琴;楊乾廣;陸仕榮;闞志鵬;肖澤云
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院;重慶大學
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 殷興旺

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體公開了一種全小分子有機太陽能電池及其制備方法。所述全小分子有機太陽能電池包括活性層，所述制備方法為：在制備所述活性層時加入富勒烯添加劑；本發明在保持活性層其他參數不變的情況下，采用互溶性策略引入添加富勒烯添加劑，精細優化活性層薄膜的相分離尺度、結晶性及域大小，大幅提升填充因子，解決全小分子有機太陽能電池活性層精細形貌優化的問題，以達到提升有機太陽電池光電轉化效率的目的。本方法避免了新材料的開發和器件工藝的創新，能大幅減少制作成本，有望替代現有的形貌調控方法，成為主流的實現全小分子有機太陽能電池效率提升的方法。

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，特別是涉及一種全小分子有機太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機太陽能電池可通過溶液法制備，且其原材料成本低廉、輕便、易于實現大面積制備與柔性化等優勢，并且在便攜式發電、海上空間發電等領域有廣闊的應用前景，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。近兩年，隨著受體Y6的問世，有機太陽能電池的光電轉換效率得到大幅提升。相較聚合物而言，小分子具有純度高、分子結構精確、重復率高的優勢，更加適合市場化推廣，使其成為有機光伏電池實現產業化的最優選擇之一。

全小分子有機太陽能電池的核心瓶頸在于光電轉換效率低，基于Y6的二元器件效率最高僅超過14％，與聚合物-小分子體系相比，還遠遠不足。為了實現商業化，大幅提升全小分子有機太陽能電池的效率是必要所在。全小分子有機太陽能電池中形貌是決定其效率的至關重要的一個因素，因此調控活性層形貌實現相分離優化是提升效率的一個最直接和簡單的方法。通過合成新的給/受體材料或者進行界面修飾也可以優化相分離形貌，進而提升器件的光電轉換效率。但合成新的材料和尋找新的界面層材料，工藝條件復雜且耗資較大，不適合商業化推廣。同時，活性層形貌非常敏感，通常微小的改變也會帶來活性層材料在相分離、分子排布、結晶性和域大小方面的巨大改變。如不同的后處理條件，會直接導致活性層的排布大不相同。然而，在全小分子有機太陽能電池領域中，通過加入添加劑的方式精細調控全小分子有機太陽能電池活性層形貌的技術鮮有報道，需要進行進一步的深入研究。

在之前的相關報道中，通過加入添加劑可以有效提升聚合物-小分子體系的效率，如固體添加劑A3，被廣泛應用于聚合物有機太陽能電池中調節器件活性層形貌，提升器件光電轉化效率。原因是A3可以與給受體發生相互作用形成共晶相，并成功應用于基于兩元聚合物有機太陽電池(PM6∶Y6)，并取得了6％的光電轉化效率的提升。然而，諸如此類適合于聚合物有機物太陽能電池的活性層形貌調控的方法卻鮮有在全小分有機太陽能電池體系進行報道。

有鑒于此，尋求能夠精細調節全小分太陽能電池活性層形貌提升其光電轉化效率的方法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全小分子有機太陽能電池及其制備方法，在保持活性層其他參數不變的情況下，通過添加富勒烯添加劑大幅提升填充因子，實現基于全小分子體系(BTR-Cl∶Y6)的全小分子有機太陽能電池光電轉化效率的提升。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明一方面提供一種全小分子有機太陽能電池的制備方法，所述全小分子有機太陽能電池包括活性層，所述制備方法為：在制備所述活性層時加入富勒烯添加劑，提升所述太陽能電池的光電轉化效率。

進一步，所述全小分子有機太陽能電池依次包括襯底、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層和金屬電極，所述制備方法包括如下步驟：在襯底上旋涂空穴傳輸層，然后熱退火處理；在空穴傳輸層上旋涂活性層，所述活性層的制備材料包括給體、受體和富勒烯添加劑，然后再進行溶劑熱退火處理和熱退火處理；隨后在活性層上旋涂電子傳輸層，最后在電子傳輸層上蒸鍍金屬電極，制得所述太陽能電池。

可選地，所述富勒烯添加劑選自PC₆₀BM、PC₇₁BM及其衍生物中的至少一種，優選為PC₇₁BM。