[发明专利]一种共混物、含有该共混物的共混薄膜及光伏活性层及器件和其制备方法

说明书

本发明属于有机太阳能电池技术领域，具体涉及一种适用于光伏活性层的共混物、含有该共混物的共混薄膜及光伏活性层及器件和其制备方法。本发明的共混薄膜可作为有机太阳能电池的光伏活性层，包含本发明光伏活性层的太阳能器件的光电转化效率优异，最高可达13.20±0.25％，有利于工业化大规模制备。而且本发明首次清晰地表征和推断了三元共混薄膜中影响光电性能参数的形貌细节，提供了一种用于精细操控三元共混薄膜形貌的策略。相比于其二元器件，在分级结构形貌的作用下，本发明三元器件性能的提升幅度超过50％，远优于目前三元器件工作的报道结果。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池技术领域，具体涉及一种共混物、含有该共混物的共混薄膜及光伏活性层及器件和其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池实现光电转化的核心是由给、受体组成的二元有机共混薄膜，然而受限于有机材料吸收带宽过窄的特性，二元组分构成的薄膜无法充分吸收太阳光谱全波长的能量。而三元有机太阳能电池可以通过引入光谱更加互补的第三组分材料来充分吸收太阳光，并且同时构造更为有利的电子结构和分子堆积的形貌结构，是提升有机太阳能电池能量转化效率的重要途径。在三元有机太阳能电池中，如何有效利用三组分物质之间的相互作用，形成最有利的形貌结构，从而既可以保证产生充分的电流，又要保证有效的传输电荷，还要抑制开压损耗，是获得高性能太阳能电池的必经之路。然而目前文献报道的三元有机太阳能电池中，研究重点主要集中在材料的大量盲选，材料选择原则也仅仅局限于电子结构匹配，三元器件相对二元器件的性能提升也很微弱。而且，目前无法准确表征和推断三元共混薄膜中的形貌细节，进而无法系统研究形貌细节对最终光伏性能参数的影响，也无法提出清晰的三元共混薄膜形貌操控策略用以促进三元有机太阳能电池的发展。

发明内容

为改善上述技术问题，本发明提供一种适用于光伏活性层的共混物，该共混物包括强结晶给体、非富勒烯受体和富勒烯衍生物。

根据本发明，所述强结晶给体选自强结晶、宽带隙给体；所述非富勒烯受体选自弱结晶、窄带隙非富勒烯受体。

根据本发明，所述非富勒烯受体与所述强结晶给体之间的混溶性很好。

根据本发明，所述强结晶给体、非富勒烯受体与富勒烯衍生物的质量比为1:(0.1-0.9):1，优选为1:(0.2-0.8):1，例如1:0.2:1、1:0.4:1、1:0.6:1、1:0.8:1。

根据本发明，所述非富勒烯受体选自式(I)所示的化合物：

式(I)中，Q、Q'相同或不同，彼此独立地选自R、R'、R”、R”'、R₁、R₂相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、羟基、巯基、氰基、硝基，无取代或任选被一个或多个R_s取代的以下基团：烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、三烷基硅基乙炔基、烷基氧基、环烷基氧基、杂环烷基氧基、芳基氧基、杂芳基氧基、烷基硫基、环烷基硫基、杂环烷基硫基、芳基硫基、杂芳基硫基、-NR_aR_bR_c、-C(＝O)R_d、-OC(＝O)R_d、-S(＝O)R_d、-S(＝O)₂R_d；A、A'相同或不同，彼此独立地选自下列基团：