[發(fā)明專利]一種提高有機(jī)光電薄膜熱穩(wěn)定性的方法及其在光伏電池中的應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2022-07-27
• 公開（公告）號: CN115101679B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉龍;高夢圓
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H10K71/15
• 分類號: H10K71/15;H10K30/30;H10K85/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11562
• 代理人: 李哲

本發(fā)明公開了一種提高有機(jī)光電薄膜熱穩(wěn)定性的方法及其在光伏電池中的應(yīng)用，涉及光電技術(shù)領(lǐng)域。原料包括部分氘代或全部氘代的氘代溶劑和溶質(zhì)；部分氘代或全部氘代的氘代溶劑選自：全部氘取代或部分氘取代的具有1?30個碳原子的烷基、環(huán)烷基、雜烷基、芳烷基、烷氧基、芳基、雜芳基、芳氧基、烯基、烷硅基、芳基硅烷基、胺基、酰基、羰基、羧酸基、酯基、氰基、異氰基、硫烷基、磺酰基、亞磺酰基、膦基或鹵原子中的一種或多種。本發(fā)明以部分氘代或全部氘代的氘代溶劑作為有機(jī)層材料的溶劑，增強(qiáng)共軛分子間相互作用，提高有機(jī)層材料的結(jié)晶性，實(shí)現(xiàn)高效率且熱穩(wěn)定的鈣鈦礦及有機(jī)太陽能電池的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種提高有機(jī)光電薄膜熱穩(wěn)定性的方法及其在光伏電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

太陽能作為一種取之不盡用之不竭的清潔能源，受到了科學(xué)家們的青睞，眾多研究學(xué)者將目光聚焦于如何高效的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)展綠色可持續(xù)再生能源成為了一個必然的趨勢。在此背景下，光伏領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，各種光伏技術(shù)層出不窮。其中，有機(jī)太陽能電池(OSC)和鈣鈦礦太陽能電池(PSC)具有低成本、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)，在能源、信息等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。發(fā)展高效率且熱穩(wěn)定的光伏太陽能電池是著力解決資源環(huán)境問題的有效途徑。

近年來研究人員通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計、活性層形貌調(diào)控及器件工程優(yōu)化，在器件性能方面取得了系列進(jìn)展，能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)得到大幅提升。然而，由于太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用不僅需要高的效率，還需要足夠長的運(yùn)行壽命，因此穩(wěn)定性成為亟待解決的關(guān)鍵問題。太陽能電池在使用過程中的性能衰減受多種因素影響，包括太陽能電池內(nèi)部不穩(wěn)定性引起的本征性能衰減和來自外界環(huán)境因素引起的性能衰減，包括大氣環(huán)境(濕度，氧氣)滲透、光致衰減、電磁衰減、熱致衰減等。雖然使用合適的封裝技術(shù)可以減少或消除大氣環(huán)境引起的太陽能電池的性能衰減，但在器件的整個運(yùn)行過程中，特別是在戶外應(yīng)用中長時間的光照會產(chǎn)生持續(xù)加熱的較高工作溫度(50-70℃，甚至達(dá)到100℃)。在國際光伏穩(wěn)定性國際峰會(ISOS)中多次強(qiáng)調(diào)熱應(yīng)力作用的重要性。

由于大多數(shù)用于OSCs的材料和PSCs的有機(jī)界面層具有比工作溫度高得多的分解溫度，器件的穩(wěn)定性在很大程度上與物理降解有關(guān)，即有機(jī)層材料的形貌熱穩(wěn)定性。近年來提出的提高太陽能穩(wěn)定性的各種方法，例如設(shè)計新型高穩(wěn)定性的有機(jī)光伏材料以及空穴電子傳輸材料，用三元等方法優(yōu)化吸光層穩(wěn)定性，優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和器件制備工藝等。然而，第三組分的加入通常會增加太陽能電池器件制備的復(fù)雜性。因此，提出一種簡單高效的且可以同時提升太陽能電池的器件性能和穩(wěn)定性的方法對太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種提高有機(jī)光電薄膜熱穩(wěn)定性的方法及其在光伏電池中的應(yīng)用，通過以部分氘代或全部氘代的氘代溶劑作為有機(jī)層材料的溶劑，增強(qiáng)共軛分子間相互作用，提高有機(jī)層材料的結(jié)晶性，實(shí)現(xiàn)高效率且熱穩(wěn)定的鈣鈦礦及有機(jī)太陽能電池的制備。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明技術(shù)方案之一，一種太陽能電池有機(jī)層材料，原料包括部分氘代或全部氘代的氘代溶劑和溶質(zhì)；

所述部分氘代或全部氘代的氘代溶劑選自：全部氘取代或部分氘取代的具有1-30個碳原子的烷基、環(huán)烷基、雜烷基、芳烷基、烷氧基、芳基、雜芳基、芳氧基、烯基、烷硅基、芳基硅烷基、胺基、酰基、羰基、羧酸基、酯基、氰基、異氰基、硫烷基、磺酰基、亞磺酰基、膦基或鹵原子中的一種或多種；優(yōu)選的，部分氘代或全部氘代的氘代溶劑選自：重水、氘代苯、氘代甲苯、氘代對二甲苯、氘代鄰二甲苯、氘代-1,2,?3-三甲苯、氘代-1,2,4-三甲苯、氘代-1,2,5-三甲苯、氘代-1,3,4-三甲苯、氘代呋喃、氘代氯苯、氘代-1,2-二氯苯、氘代-1,3-二氯苯、氘代-1,4-二氯苯、氘代丙酮、氘代甲醇、氘代乙醇、氘代DMSO(二甲亞砜)、氘代氯仿、氘代二氯甲烷、氘代乙腈、氘代三氟乙酸、和氘代吡啶中的一種或多種。

所述溶質(zhì)選自：單組分有機(jī)光伏材料，或有機(jī)光伏給體材料和受體材料的共混物。