[发明专利]以PBDB-T:ITIC:α-In2

说明书

本发明公开了一种以PBDB‑T:ITIC:α‑In₂Se₃为活性层的有机太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池包括阴极基底、电子传输层、活性层、空穴传输层以及阳极层；所述活性层材料由PBDB‑T:ITIC与含有二维α‑In₂Se₃纳米片的溶液混合而成。该电池使用了高电导率、高吸光系数的α‑In₂Se₃；α‑In₂Se₃有较高的电导率，可有效的提升活性层的电荷传输效率；其次α‑In₂Se₃吸光系数较高，能让活性层有效利用入射光；最后，本发明中将块体α‑In₂Se₃用液相剥离法进行剥离成为纳米片，并在剥离后再次分散于氯苯溶剂中，形成α‑In₂Se₃氯苯溶液，使掺杂变得简单，同时避免了其他溶剂的影响。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种以PBDB-T:ITIC:α-In₂Se₃为活性层的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池由于其原料来源广、加工容易、机械柔性优秀、重量轻、易于进行物理与化学改性、成本低、环境友好等优点而受到广泛关注。但有机太阳能电池与传统无机硅太阳能电池相比，有机太阳能电池在光电转换效率较低，这限制了其进一步发展。

有机太阳能电池工作原理为：(1)光透过ITO电极照到活性层上，活性层吸收光子产生激子；激子扩散到给体/受体界面处；(2)受体中的激子将空穴转移到给体上，给体中的激子将电子转移到受体上，进而实现电荷分离；(3)电子和空穴分别顺着受体与给体向阴极与阳极扩散；(4)电子和空穴在电极/活性层界面上分别被阴极和阳极收集，并由此产生光电流和光电压。

研究表明限制有机太阳能电池光电转换效率有多个因素。如有机半导体材料吸光范围窄、吸光不够强；聚合物材料载流子迁移率低；活性层激子扩散距离短(～10nm)等。为了解决这些问题，三元的活性层体系被提出。通过向活性层添加其他材料，提高活性层的吸光能力或载流子迁移能力等性能。近些年，将二维材料作为第三元加入活性层引起了关注，其中以石墨烯及其衍生物有关的研究最多。Robaeys等人将石墨烯纳米片掺入P3HT:PCB₆₁M太阳能电池中，使得P3HT结晶性提高，增加了活性层空穴迁移率。(Appl.Phys.Lett.2014,105,136_1.)Jun等人将氮掺杂的还原氧化石墨烯掺入P3HT:PCB₆₁M太阳能电池中，选择性地促进电子传输，使得短路电流密度大大提高。(Energy Environ. Sci.2013,6,3000-3006.)Bonaccorso等人使用官能化的石墨烯纳米片作为第三元，在聚合物链和富勒烯分子之间提供了高导电性的连接通道，并提供了更多的激子分离和电荷传输界面，使得电池效率整体提高。(Adv.Funct.Mater.2015, 25,3870–3880)但还原氧化石墨烯和纯石墨烯都缺乏带隙，容易形成复合中心。尤其是还原氧化石墨烯，直接作用活性层中的三元组分，甚至会使性能降低，因而需要适当的进行官能化或是与其他材料复合，才能得到较好的效果。二维材料黑磷也被用于活性层的第三元，以改善传统有机太阳能吸收光谱范围窄，界面能级不匹配的问题，改善了器件性能。但黑磷在掺杂前同样需要进行表面修饰(CN 106654017A)，这些都会使工艺变得复杂。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种以 PBDB-T:ITIC:α-In₂Se₃为活性层的有机太阳能电池及其制备方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供了一种可以提高光电转换效率的以PBDB-T:ITIC:α-In₂Se₃为活性层的三元有机太阳能电池。