[发明专利]一种用于三元共混太阳能电池的活性层及其应用

说明书

本发明属于有机光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于三元共混太阳能电池的活性层及其应用。该活性层以高结晶性P3HT为给体，以小分子DPP4T‑Cz为第二给体，以富勒烯衍生物PC₆₁BM为受体，在具有较厚活性层的情况下，保证了电池较好的载流子传输能力，降低载流子的复合概率，获得较好的激子分离效率，拓展了光学吸收范围。

技术领域

本发明属于有机光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于三元共混太阳能电池的活性层及其应用。

背景技术

具有双连续互穿网络结构的二元有机太阳能电池由于其重量轻，制造成本低，以及容易实现大规模制造等优点，引起了人们的广泛关注。目前，有机太阳能电池的光电转换效率(PCE)已经提高到10％以上，但是与商业化的无机硅太阳能电池相比，光电转换效率依然偏低。目前二元有机太阳能电池其光电转换效率偏低，其中主要的原因：一是活性层的光学吸收范围和地面太阳辐射光谱不匹配；二是电荷传输能力与激子分离效率之间的矛盾。

三元有机太阳能电池通过在活性层中引入第二给体或受体从而增强了对太阳光的吸收能力，通过这一策略，光伏性能得到了有效的提高。只是目前在活性层中引入第二给体都是出于增大对太阳光波长的吸收范围而考虑的；同时目前三元有机太阳能电池的活性层厚度大都限制在100nm左右，这是因为第三组份的引入很容易导致载流子复合，而较厚的活性层厚度，会进一步增加激子解离后载流子传输到电极的长度，增加了载流子的复合概率，进而导致填充因子等光伏性能的下降。换言之，与二元有机太阳能电池相比，尽管其光学吸收范围得到了改善，但是其光学吸收效率并没有得到足够的优化。另一方面，活性层厚度的不足也不利于运用卷对卷技术进行大规模生产。

发明内容

本发明提供了一种用于三元共混太阳能电池的活性层，即使该活性层在较厚的情况下，也能同时获得较好的激子分离效率和较高的载流子传输能力，

该活性层以高结晶性P3HT为给体，以小分子DPP4T-Cz为第二给体，以富勒烯衍生物PC₆₁BM为受体，

其中，P3HT和PC₆₁BM的质量比为1：1，DPP4T-Cz占活性层质量的百分比不大于3.4％，

作为优选，P3HT和PC₆₁BM各占活性层质量的百分比为48.3％，DPP4T-Cz占活性层质量的3.4％，

P3HT的结构式如下：

PC₆₁BM的结构式如下：

DPP4T-Cz的结构式如下：

由于活性层中的给体P3HT为高结晶性，这就使得活性层中各组分之间的相分离变大，而较大的相分离会不利于激子向载流子的转化，这是因为只有激子扩散到给体-受体界面才能分离生成载流子，较大的相分离就意味着，激子扩散到给体-受体界面的距离变远，有些激子还没有扩散到给体-受体界面就失活了，无法再分离成载流子而提供电流，传统意义上，为了提高高结晶性给体(如：P3HT)的激子分离效率，往往会增加受体(如：PC₆₁BM)的使用量。但是过多使用受体材料会造成电子空穴传输的不均衡，造成电荷再结合，使得光伏性能下降。