[发明专利]高效率厚膜的全聚物太阳能电池活性层材料、制备方法及其应用

说明书

本发明属于光电材料领域，具体公开了高效率厚膜的全聚物太阳能电池活性层材料、制备方法及其应用。所述活性层材料为聚合物给体P(BDT)a(TPD)b和聚合物受体PNDI2HD‑T的组合物，首先通过无规共聚的方法得到基于苯并二噻吩和噻吩并吡咯二酮的D_a‑A_b型二元无规共聚物给体P(BDT)_a(TPD)_b，将聚合物给体P(BDT)a(TPD)b和聚合物受体PNDI2HD‑T混合后加入2‑甲基四氢呋喃，搅拌溶解，过筛处理得到聚合物给体/受体组合物溶液，即全聚物太阳能电池活性层材料。本发明使用绿色溶剂溶解且无需后处理制备出高效率厚膜的活性层组合物P(BDT)₅(TPD)₄/PNDI2HD‑T，薄膜厚度高达120 nm以上且基于此类薄膜制备的器件光电转换效率高于7%，表现出了高效率和厚膜的特性，同时绿色溶剂的环保及材料及工艺的简单化均有利于全聚物太阳能电池的商业应用。

技术领域

本发明属于光电材料领域，涉及一种有机太阳能光电材料，更具体来说是一种高效率厚膜的全聚物太阳能电池活性层材料、制备方法及其应用。

技术背景

由p-型聚合物给体材料和n-型聚合物受体材料共混作为光敏活性层制成的全聚合物太阳能电池(All-PSCs)，因成膜性好、稳定性好等优点而得到广泛研究。目前All-PSCs的光电转换效率在短短几年已超过了富勒烯体系电池，说明它具有能够取代传统硅基电池的巨大潜力。单层全聚物电池最高的光电转换效率可以达到10％以上，但是要想实现商业化，最重要的制约因素除了进一步提高光电转换效率外，使用绿色环保化溶剂、降低原材料的生产成本、简化器件制备工艺(无需热或溶剂退火)也是很重要的因素。为了解决上述瓶颈问题，世界上许多研究小组多年来开展了广泛深入的研究，其中包括高效的光活性材料的制备以及光电转化机制的研究。到现在为止，使用绿色溶剂及低成本的活性层材料并且未经热或溶剂退火且光电转换效率高于8％的单层全聚物太阳能器件还未报道。

发明内容

本发明旨在于解决全聚物太阳能电池领域走向商业化存在的问题：需要进一步提高光电转换效率、使用绿色环保化溶剂替代卤代试剂、提高活性层薄膜的厚度、降低原材料的生产成本、简化器件制备工艺(无需热或溶剂退火)等。因此，本发明提供了高效率厚膜的全聚物太阳能电池活性层材料、制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

高效率厚膜的全聚物太阳能电池活性层材料，所述的活性层材料包括D_a-A_b型聚合物给体P(BDT)_a(TPD)_b和聚合物受体PNDI2HD-T的组合物，其中聚合物给体P(BDT)_a(TPD)_b的结构通式如结构式1所示:

其中a的范围为1-10之间任意值，b的范围为1-10之间任意值，D单元中的侧链选用C₂、C₄烷基，A单元中的侧链选用C₈烷基，n代表聚合物的重复单元数，其值为10-1000之间的自然数；

聚合物受体PNDI2HD-T的结构式如式2所示:

其中，n代表聚合物的重复单元数，其值为10-1000之间的自然数；

所述组合物中聚合物给体P(BDT)_a(TPD)_b和聚合物受体PNDI2HD-T的组成比例为2:1～1:1。

进一步，所述聚合物给体P(BDT)_a(TPD)_b中，a:b的比值为10:1-1:1之间任意值，优选的，a:b的比值为5:1～1:1。