[发明专利]一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池

说明书

本发明公开了一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池，它包括衬底、阴极、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极，其中活性层为电子给体和电子受体的共混膜，电子给体是PBDB‑T，电子受体是环戊双噻吩衍生物DFPCIC。利用DFPCIC良好的分子平面性和合适的能级结构等特性，本发明制备的有机太阳电池同时具有高的开路电压、短路电流密度和填充因子，能量转换效率(PCE)最高为10.14％。同时，基于PBDB‑T:DFPCIC的有机太阳电池还表现出优异的热稳定性。此外，DFPCIC容易合成，有利于降低有机太阳电池的成本。

技术领域

本发明涉及太阳电池，尤其涉及一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池。

背景技术

目前，有机太阳电池的活性层一般都是电子给体和电子受体的共混膜。传统的电子受体是富勒烯衍生物，如PC₆₁BM和PC₇₁BM等，但它们吸光弱、能级结构无法大幅度调控以及分子间容易团聚等缺点，限制了有机太阳电池效率和稳定性的提高。为此，人们正在大力开发非富勒烯电子受体，将其应用于有机太阳电池领域。

例如，北京大学的占肖卫等人以引达省并二噻吩并噻吩(IDTT)为中心单元，两边通过碳碳双键与吸电子性的氰基茚酮(IC)端基相连，得到非富勒烯受体的明星分子ITIC(Advanced Materials,2015,27,1170)。中科院化学所的侯剑辉等人将ITIC与给体材料PBDB-T共混制备的有机太阳电池，能量转换效率 (PCE)超过11％(Advanced Materials,2016,28,4734)；他们还对ITIC末端的 IC基团进行甲基修饰，得到非富勒烯受体IT-M，抬升了受体材料的LUMO能级，从而增加了电池的开路电压，使有机太阳电池的PCE达到12.05％(Advanced Materials,2016,28,9423)。最近，侯剑辉等人又在给体材料PBDB-T中引入氟原子和硫原子，以及对ITIC进行氟代修饰，得到新型给体材料PBDB-T-SF和非富勒烯受体IT-4F，两者的共混膜，比ITIC:PBDB-T共混膜具有更强和更宽的吸收光谱，同时迁移率更高，因此电池的短路电流密度大幅提高，PCE达到目前有机太阳电池最高的13.1％(Journal ofthe American Chemical Society,DOI: 10.1021/jacs.7b02677)。

以上高性能的非富勒烯受体都以全稠环体系的IDTT为中心单元，而IDTT 要经过复杂的多步化学反应才能合成(Chemical Communications,2010,46,6503； AdvancedMaterials,2012,24,6356)，而且产率不高，这就直接增加了受体材料的制备成本，不利于有机太阳电池的实际应用。另外，这些非富勒烯受体都在 IDTT单元上引入了结构规整的4-己基苯基作为侧链，所以得到的非富勒烯受体都是结晶的。从理论上讲，有机太阳电池工作时吸光受热，这些非富勒烯受体就会发生分子间聚集结晶，活性层中产生大的相分离，导致激子分离效率下降，光伏性能变劣，相关有机太阳电池的热稳定性值得考虑。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种材料容易合成的、具有优异热稳定性的、以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池。

以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池包括衬底、阴极、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极，所述的活性层为电子给体和电子受体的共混膜。

所述的电子给体为PBDB-T；电子受体为环戊双噻吩衍生物DFPCIC，化学结构式为：

所述的活性层中PBDB-T与DFPCIC的重量比为1.5:1～1:1.5，活性层的厚度为80～150nm。

所述的活性层在成膜时加入添加剂，添加剂为氯萘，添加剂的体积为活性层溶液体积的0.2～2％，所述的活性层溶液为PBDB-T:DFPCIC混合液。