[发明专利]基于自组装复合物修饰阳极的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于自组装复合物修饰阳极的有机太阳能电池及其制备方法。有机太阳能电池包括依次层叠的玻璃基板、阳极层、阳极缓冲层、光活性层、阴极缓冲层和阴极层；阳极缓冲层为自组装复合物。制备方法包括：对位于玻璃基板上的阳极层表面进行紫外臭氧处理；将自组装复合物溶液旋涂在处理后的阳极层表面，或者，将处理后的含阳极层的玻璃基底在自组装复合物溶液中浸泡6～24小时；然后在氮气氛围下50～80℃退火处理5～10分钟，再用甲醇清洗，在阳极层表面形成阳极缓冲层；在制得的阳极缓冲层上再依次制备光活性层、阴极缓冲层和阴极层，得到基于自组装复合物修饰阳极的有机太阳能电池。

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池领域，具体涉及一种基于自组装复合物修饰阳极的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前，随着全球经济及现代工业的快速发展，对能源的需求量迅速增加，导致煤及石油等石化能源的日渐枯竭。虽然其他类型的新能源，如水力、核能、风能和潮汐发电正在开发，并取得了一些进展，但它们或是数量有限，或是仍然面临环境污染的风险。因此，新型能源的开发迫在眉睫。有机太阳能电池作为新一代清洁可再生能源技术，由于其成本低、轻薄、柔性、可溶液加工、可印刷生产和原料来源广等优点，近年来深受国内外研究者们的广泛关注。有机太阳能电池的光电转换效率(PCE)在过去几年飞速发展，现如今单结器件效率已超过19％[Adv.Mater.2021,2102420；Adv.Mater.2022,2109516]。然而相比于钙钛矿类太阳能电池，有机太阳能电池效率仍有可提升的空间。

目前提高有机太阳能电池光电转化效率的方法主要有：(1)开发新的给受体材料结构；(2)薄膜制备工艺；(3)界面工程。通常高效的有机太阳能电池器件使用PEDOT:PSS作为空穴传输材料来修饰氧化铟锡(ITO)阳极，但PEDOT:PSS具有亲水性和弱酸性，会影响器件的稳定性。此外，一些过渡金属氧化物如V₂O₅、MoO₃等也被用来修饰阳极，但这类氧化物制备工艺复杂，需要真空或高温处理，不利于产业化推进。已经有报道证实使用自组装材料修饰电极可有效提高有机太阳能器件的光电转化效率。有研究人员通过改变自组装材料的分子结构，有效提高了ITO功涵，实现了18.4％的高光电转化效率[ChemSusChem 2021,14,3569]。自组装类材料分子结构简单，透光率高，功函数可调节，在修饰ITO阳极方面具有巨大的应用前景。然而目前合适的自组装材料种类较少，开发新的自组装材料十分有必要。

发明内容

本发明提供了一种基于自组装复合物修饰阳极的有机太阳能电池，以所述自组装复合物为阳极缓冲层来提高有机太阳能电池器件的光电转换效率。

一种基于自组装复合物修饰阳极的有机太阳能电池，如图1所示，包括依次层叠的玻璃基板、阳极层、阳极缓冲层、光活性层、阴极缓冲层和阴极层；

所述阳极缓冲层为所述自组装复合物，由具有通式(I)所示结构的第一有机化合物H1和具有通式(II)所示结构的第二有机化合物H2自组装形成；

通式(I)、(II)中：

L为具有1至20个C原子的取代或未取代的直链烷基、或具有1至20个C原子的取代或未取代的直链烷氧基、或具有2至20个C原子的取代或未取代的直链烯基、或具有2至20个C原子的取代或未取代的直链炔基，或具有5至40个环原子的取代或未取代的芳香基团或杂芳香基团，或上述两种以上基团的组合，或不存在；

A为如下基团结构中的一种，为连接位点：