[发明专利]基于香豆素及其衍生物的有机太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域。

背景技术

有机光伏技术自邓青云博士在1986年发明了由四羧基苝的一种衍生物和铜酞菁(CuPc)这两种对可见光有强吸收的有机染料组成的双层膜开始已经有了十足的进展。有机光伏器件的工作原理与无机太阳能电池的工作原理类似，都是基于光伏效应：主要过程是在光照条件下，有机半导体材料吸收光子，然后形成激子，当激子扩散到活性层接触面时，电子-空穴对在给受体能级差的作用下分解为自由电子和自由空穴，自由电子和自由空穴被电极收集形成电流。针对其工作原理，为了使有机半导体更多的吸收光子产生激子，同时使激子能更好的分离被电极收取，有机光伏的器件结构不断被改进，从最初单纯的双层异质结经历了多层异质结再到现在基于体异质结活性层的多层异质结器件结构。对于有机光伏最重要的半导体材料经过是十年的发展更是数不胜数，从小分子到聚合物的给体材料，从富勒烯到非富勒烯的受体材料。所以围绕提高有机太阳能电池能量转换效率的研究取得了大量成果，效率不断提升，目前基于共轭聚合物-富勒烯的太阳能电池的器件效率最高以达到11.5(Zhao J,Li Y,Yang G,et al.Nature Energy,2016,1:DOI:10.1038/nenergy.2015.27)，小分子-富勒烯太阳能电池最高效率最高效率已达到9.8(Wang,Z.G.,X.P.Xu,Z.J.Li,K.Feng,K.Li,.Advanced Electronic Materials(2016)。基于聚合物/非富勒烯小分子的有机电池目前器件效率最高达到7.7％(Kwon OK,Uddin MA,Park J-H,et al.Advanced Materials,2015,)，基于N2200和PBDTT-F-TT制备的全聚合物非富勒烯电池，目前器件效率最高达到6.71％(Jung JW,Jo JW,Chueh C-C,et al..Advanced Materials,2015,27)，这是基于n型聚合物的非富勒烯有机太阳能电池的最高纪录[7]。但由于有机半导体材料的电荷迁移率普遍较低、吸收谱带比较窄，太阳光利用率低，以及器件结构仍存在吸光面积小，电荷传输和收集效率低缺点，导致有机太阳能电池的效率远低于硅基太阳能电池。因此提高有机太阳能电池的效率以期达到商业应用是现阶段国内外研究的主要目标。

串联有机太阳能电池以及三元有机太阳能电池是两种提高对太阳光吸收的最好办法，但因为串联器件的制作工艺着实繁琐，可重复性很差。所以三元有机太阳的有机电池被人们广泛应用和研究，三元有机电池最初的设计思路是第三种材料的吸收光谱能与其他两种成形互补从而增加对太阳能光的吸收利用，同时由于第三种材料常常能与前两种材料的的能级形成梯度，形成能级滑降减小电子和空穴能的传输壁垒。但随着三元器件研究的深入，人们发现有些三元材料的加入不仅能提高吸收增加短路电流，同时能改善活性层形貌，增加原有给体的纤维状结晶，所以在提高器件短路电流的同时提高填充因子。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有较高效率的太阳能电池及制备方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，基于香豆素及其衍生物的有机太阳能电池，包括基板、阴极、阳极、电子传输层、空穴传输层和活性层，其特征在于，所述活性层的材料中包含小分子材料，所述小分子材料为香豆素或者香豆素衍生物。

以CAS号表示，所述小分子材料为下述材料之一：

91-64-5、27425-55-4、38215-36-0、41044-12-6、117850-52-984865-19-0、50995-74-9、28705-46-6、851963-03-6。

活性层材料包括给体材料和受体材料，所述二元电池中小分子材料为活性层材料中的给体材料，三元电池中PTB7与小分子或PTB7-th与小分子的混合物同时为给体材料，所述受体材料为富勒烯衍生物PC71BM。

优选的，所述小分子材料是CAS号为27425-55-4的材料。

所述基板为玻璃基板，各层按照玻璃基板、阴极、电子传输层、活性层、空穴传输层、阳极顺次设置，所述阴极的材料为ITO，所述阳极的材料为Ag。

本发明还提供一种基于香豆素及其衍生物的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1活性层材料配置：

1a.以小分子材料为给体材料，小分子材料浓度为8～15mg/ml，