[发明专利]一种三元有机太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元有机太阳电池及其制备方法，三元有机太阳电池包括衬底和有机太阳电池元件，有机太阳电池元件依次包括阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层以及阴极，所述活性层为一种结晶聚合物电子给体与两种非富勒烯小分子电子受体共混的受体层的组合，活性层的总厚度为50～200nm。本发明通过顺序沉积所制备的三元有机太阳电池相对于基于异质结制备的三元有机太阳电池，可简化获得高效三元有机太阳电池的关键问题即对活性层形貌的控制，同时又较大程度地保持给、受体层各自的结晶度来提高电荷的传输速率。

技术领域

本发明涉及有机光电器件技术领域，特别涉及一种三元有机太阳电池及其制备方法。

背景技术

当今世界随着经济的快速发展,能源问题越来越引起人们的重视。矿物燃料枯竭引起的能源危机，燃烧矿物燃料引起的室温效应使得地球环境面临着重大挑战，占地球总能量90％以上的太阳能逐渐进入人们视野，太阳能具有的分布广阔，获取方便，储量丰富的特点受到了众多科学学家的青睐,使得太阳能在解决严重的环境问题和世界今天面临的太阳能挑战方面发挥着关键作用，并促成了光伏技术的快速发展。有机太阳能电池高分子本体异质结光伏器件是一种近代才出现的新型半导体器件，它集中了多种优异特质于一身，诸如可以通过简易的溶液加工法制备成柔性、轻便、而且更加低廉的光电器件。

近年来基于本体异质结的光伏电池，得到了迅速的发展，如基于非富勒烯受体的非富勒烯有机太阳能电池。为了进一步提升有机太阳电池的效率，可以采用叠层的方法和三元共混的方法来制备有机太阳电池器件，但相对于叠层工艺来说，三元共混是一种较为简便和有效的提升效率的策略。通过在原有的二元有机太阳电池中加入吸收互补的第三组分，可以是电子给体材料也可以是电子受体材料。从而使三元有机太阳电池的光电响应光谱拓宽，提高对太阳光谱的利用率，或者可以增强原来吸收较弱的光谱强度，从而提高短路电流，进而进一步提高有机太阳电池的效率。

例如，中国科学院化学研究所的李永舫等人在基于电子给体J51和电子受体 ITIC的二元有机太阳电池中，引入了第二个电子给体聚合物PTB7-Th，增强了650 nm～750nm范围内的吸收，短路电流密度从16.47mA/cm²增加到17.75mA/cm²， PCE从9.26％提升到9.70％(Adv.Energy Mater.2017,7,1602215)。又如，中国科学院化学研究所的侯剑辉等人在基于电子给体PBDB-T和非富勒烯电子受体IT-M 的二元有机太阳电池中，加入了宽带隙的富勒烯电子受体Bis[70]PCBM增强了原二元有机太阳电池在380nm～550nm处较弱的短波段的吸收，从而增强了外量子效率(EQE)，短路电流密度从二元电池的16.70mA/cm²提升到了17.30mA/cm²， PCE从10.80％提升到了12.10％(Adv.Mater.2017,29,1604059)。上述例子证明了三元共混是提升有机太阳电池效率的一个简便可行的方法。但是，基于本体异质结的三元有机太阳电池对加入的第三组分很敏感，形貌控制很难，所以设想通过加入光谱互补的第三组分或者增强迁移率的第三组分来提高有机太阳电池的效率往往并不能得到满意的结果，为了满足制备简便高效的有机太阳电池，就需要开发一种简化三元电池形貌控制的方法和策略。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种三元有机太阳电池，从而实现高效简便的策略制备高效的三元有机太阳电池。

本发明的另一目的在于提供上述三元有机太阳电池的制备方法，所述的方法为顺序沉积法(Layer-by-Layer，以下简称LBL)，可较大程度地保持给、受体层各自的结晶度来提高电荷的传输速率，从而实现高效三元有机太阳电池。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种三元有机太阳电池，该三元有机太阳电池依次包括层叠的衬底、阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层以及阴极；所述的活性层依次包括层叠的电子给体层和电子受体层，所述的电子受体层由两种不同电子受体材料共混组成；