[发明专利]一种基于二维黑磷的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于二维黑磷的有机太阳能电池，包括第一电极，第二电极，以及设置于所述第一电极与所述第二电极之间的光活性层，所述光活性层的材料包括黑磷纳米片、给体材料和受体材料，所述光活性层中，所述黑磷纳米片的质量占比为0.1‑50％。本发明通过将黑磷纳米片作为光敏剂引入光活性层，构成三元有机太阳能电池，改善了传统有机太阳能电池吸收光谱范围窄，界面能级不匹配的问题，提高了电池的载流子收集效率和光电转化效率。本发明还提供了上述基于二维黑磷的有机太阳能电池的制备方法。

技术领域

本发明涉及光电材料与应用技术领域，特别是涉及一种基于二维黑磷的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前，以有机半导体材料为活性层的有机太阳能电池由于具有生产成本低、重量轻、可加工成柔性器件等优点，更具有与现有的印刷或打印等工业化生产方式相兼容的优势，受到广泛关注。

然而，现有有机太阳能电池，由于有机聚合物相对于无机半导体较窄的吸收光谱，与太阳光谱不匹配，降低了其对太阳光的利用率，因而能量转化效率较低，产业化发展受限。为了解决这一问题，目前，业界通常采用向活性层中加入窄带隙聚合物、有机小分子、染料分子以及纳米粒子等光敏剂的策略以克服有机半导体的吸收限制，提高有机太阳能电池的能量转换效率，但是提高程度有限。

发明内容

鉴于此，本发明第一方面提供了一种基于二维黑磷的有机太阳能电池，通过将黑磷纳米片引入光活性层，构成三元有机太阳能电池，改善了传统有机太阳能电池吸收光谱范围窄，界面能级不匹配的问题，提高了电池的载流子收集效率和光电转化效率。

具体地，第一方面，本发明提供了一种基于二维黑磷的有机太阳能电池，包括第一电极，第二电极，以及设置于所述第一电极与所述第二电极之间的光活性层，所述光活性层的材料包括黑磷纳米片、给体材料和受体材料，所述光活性层中，所述黑磷纳米片的质量占比为0.1-50％。

其中，黑磷纳米片具有极高的比表面积、宽光谱响应、可调节直接带隙，因此可以有效地吸收太阳光，拓宽光活性层的光谱吸收范围，提高太阳光利用率，而可调的能带结构可以与其它材料很好的匹配并形成欧姆接触，实现高效的激子分离，并有效抑制载流子复合，提高载流子迁移率，从而最终提高太阳能电池器件的能量转换效率。

可选地，所述光活性层中，所述黑磷纳米片的质量占比为0.1-30％、5％-25％、10％-20％、1％-10％。适合的黑磷纳米片加入量可以与光活性层中原有给体材料形成对太阳光的互补吸收，拓宽吸收光谱，并且不破坏原有光活性层相分离的形貌，同时可以提高给受体材料以及光活性层材料与载流子传输层材料之间的电荷转移，从而提高电池器件的外量子效率。

可选地，所述黑磷纳米片的长宽尺寸为1nm-100nm，所述黑磷纳米片的厚度为0.5nm-10nm。进一步可选地，所述黑磷纳米片的长宽尺寸为10nm-80nm、20nm-60nm，30nm-50nm；所述黑磷纳米片的厚度为2nm-8nm、3nm-6nm。所述黑磷纳米片的层数可为1-10层。

本发明中，所述光活性层的厚度为50nm-500nm。进一步可选地，所述光活性层的厚度为100nm-300nm。