[发明专利]一种共轭有机小分子界面修饰材料、制备方法及其构成的有机太阳电池

说明书

本发明公开了一种共轭有机小分子界面修饰材料、制备方法及其构成的有机太阳电池。本发明的有机小分子界面修饰材料SAM1,SAM2和SAM3通过对醛基苯甲酸分别与1,3‑茚二酮、饶丹宁、双氰基饶丹宁一步缩合合成得到。该有机小分子界面修饰材料通过物理吸附和化学反应可以对氧化锌进行表面修饰，不仅能降低氧化锌表面的羟基悬挂键缺陷态密度，还能优化能级排布降低界面处电子传输势垒，从而提升太阳电池器件的界面电荷提取和减少界面载流子复合。利用该材料制备的反型有机太阳电池中修饰，器件效率均有明显提升。其中修饰了SAM1后，PBDB‑T/ITIC体系的器件效率由10.13％提高至10.82％，PBDB‑T‑SF/IT‑4F体系的器件效率由12.18％提升至13.25％。

技术领域

本发明属于能源材料领域，尤其涉及一种共轭有机小分子界面修饰材料、制备方法及其构成的有机太阳电池。

背景技术

通过太阳电池来高效地转化太阳光为电能一直以来是学术界与产业界关注与研究的热点。硅基太阳电池为主导的无机太阳电池是目前所有太阳电池中发展最为成熟的品种，具有相对较高的光电转化效率，但生产制造过程中高的能耗与污染带来了高昂的生产成本，同时对周边环境造成污染。

可溶液加工的太阳电池，能够通过roll-to-roll技术实现清洁、高效、大规模批量生产，是太阳电池未来发展的方向之一。代表性的可溶液加工太阳电池(如染料敏化电池、有机(聚合物)电池、有机-无机杂化电池、量子点敏化电池等)的光电转换效率的研究在快速发展。其中有机太阳电池近年来效率得到了飞速发展，截至2018年，研究报道有机太阳电池的最高效率超过14％(Z.Zheng,Q.Hu,S.Zhang,D.Zhang,J.Wang,S.Xie,R.Wang,Y.Qin,W.Li,L.Hong,N.Liang,F.Liu,Y.Zhang,Z.Wei,Z.Tang,T.P.Russell,J.Hou and H.Zhou,Adv.Mater.,2018,DOI:10.1002/adma.201801801；X.Che,Y.Li,Y.Qu and S.R.Forrest,Nat.Energy,2018,3,422-427.)，说明有机太阳电池具有很好的产业化前景。

在有机太阳电池中，目前所使用的电子传输材料局限于金属氧化物、界面聚合物PFN-Br等。其中，氧化锌这类金属氧化物具有较高的透光率和导电性，被广泛用于有机太阳能电池的反型器件中，然而，氧化锌在加工过程中表面形成较多的缺陷态，以及氧化锌的能级与非富勒烯受体能级不匹配造成载流子在界面处的严重复合。同时，氧化锌的光催化活性使得有机活性层发生降解，严重影响有机太阳能电池的稳定性。因此，开发合适的具有共轭结构的有机单分子自组装层提高界面处载流子的提取能力，提高器件稳定性对于器件性能的提升起到至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，并提供一种共轭有机小分子界面修饰材料。该共轭有机小分子界面修饰材料用于通过自组装方式修饰金属氧化物表面。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种共轭有机小分子界面修饰材料为SAM1、SAM2或SAM3；所述SAM1、SAM2及SAM3的具体化学结构式分别为：

本发明还提供了一种有机小分子界面修饰材料的制备方法；其包括如下步骤：将原料、对醛基苯甲酸及β-氨基丙酸加入干燥的反应瓶中，然后加入混合溶剂；在加热回流反应后，过滤得到反应析出的固体；之后用甲醇、混合溶剂反复洗涤析出的固体最终得到有机小分子界面修饰材料；所述的原料为1,3-茚二酮、饶丹宁及双氰基饶丹宁中的一种，分别用于制备SAM1、SAM2及SAM3；所述混合溶剂由乙醇及1,2-二氯乙烷组成。