[发明专利]一种用硼Lewis酸掺杂的有机太阳能电池活性层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机太阳能电池活性层及其制备方法和应用，具体涉及一种用硼Lewis酸掺杂的有机太阳能电池活性层及其制备方法和应用，属于有机光伏器件领域。在有机太阳能电池活性层中添加少量的硼Lewis酸，对活性层中的有机半导体材料起到掺杂效果，提升了载流子浓度和迁移率，减少共混薄膜中的缺陷，减弱电荷复合，增强短路电流和填充因子，并保持开路电压不衰减，提升器件的能量转换效率。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池技术领域，具体涉及一种用硼Lewis酸掺杂的有机太阳能电池活性层及其制备方法和应用。

背景技术

有机太阳能电池是一种以有机半导体材料作为光活性层，将太阳光能转换为电能的器件。若能将这种器件推广应用，将是解决能源与环境危机的重要途径之一。有机太阳能电池具有质量轻、加工工艺简单、柔性可折叠等优点，不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。但是，与当前成熟的硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池的光电转换效率还是偏低。需进一步提高其光电转换效率，才能加快其产业化进程。

有机太阳能电池的效率是由短路电流、填充因子和开路电压三个参数共同决定。活性层是影响有机太阳能电池效率的重要组分。活性层材料的选择及加工工艺的优化从根本上决定了器件效率。目前，在电子给体、电子受体共混物中添加第三组分是一种提高器件性能的有效工艺。目前，1,8-二碘辛烷和氯萘是两种最常用的添加剂。通过添加这类高沸点溶剂，减缓活性层溶剂挥发过程，可以改善器件形貌，从而提高器件性能。然而，这两种添加剂通常无法同时提高短路电流、填充因子和开路电压。往往一个参数提高伴随着另一个参数降低，使得效率增长幅度有限。此外，这种添加加工溶剂的工艺，添加剂比例较高，通常为主溶剂体积的1％左右。这类高沸点溶剂容易残留在活性层中，在器件使用过程中，缓慢挥发，影响器件使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服目前现有技术有机太阳能电池活性层存在的不足之处，采用微量的固态硼Lewis酸作为添加剂，提供一种有机太阳能电池活性层及其制备方法，可同时提高短路电路和填充因子，并保持开路电压不衰减，从而有效提高光伏器件性能，解决背景技术中存在的问题。

本发明的技术方案之一在于提供了一种用硼Lewis酸掺杂的有机太阳能电池活性层，所述的活性层包括电子给体、电子受体和硼Lewis酸，所述的硼Lewis酸为均三氟苯基硼，分子结构为：所述的电子给体和电子受体的质量比例为1:1-1.5；所述的硼Lewis酸与电子给体、电子受体总质量比为1:10000-1000。

在本发明一较佳实施例中，所述的电子给体为主链骨架含有以下结构单元的共轭聚合物：

式中，m为0-10的整数，x为0-20的整数，y为1-20的整数。

在本发明一较佳实施例中，所述的电子受体为以下非富勒烯小分子受体中的一种：

在本发明一较佳实施例中，所述的活性层厚度为80-200nm。

本发明的技术方案之二在于提供了一种含有用硼Lewis酸掺杂的活性层的有机太阳能电池。

在本发明一较佳实施例中,所述的有机太阳能电池为夹心式的正装或倒装结构中的一种，自下而上包括阳极导电层、阳极修饰层、活性层、电子传输层和金属阴极。

在本发明一较佳实施例中,所述的阳极导电层材料为氧化铟锡(ITO)，厚度为10-20nm；所述的阳极修饰层材料为聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)，厚度为10-30nm；所述电子传输层材料为钙或氟化锂，厚度为1-10nm；所述的金属阴极材料为铝，厚度为80-100nm。

本发明的技术方案之三在于提供了一种用硼Lewis酸掺杂的有机太阳能电池活性层的制备方法，具体包括如下步骤：