非富勒烯有机太阳能电池及其制备方法技术

非富勒烯有机太阳能电池及其制备方法，属于有机太阳能电池领域。本发明专利技术的非富勒烯有机太阳能电池包括顺序设置的ITO玻璃、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极，所述活性层材料包括给体材料和受体材料和添加剂，所述给体材料为PTB7‑th，受体材料为ITIC，所述添加剂为CAS号为822‑16‑2的硬脂酸钠。本发明专利技术首次将CH3(CH2)16COONa作为一种新型添加剂运用到有机太阳能电池中，对非富勒烯有机太阳能电池中电流以及效率的提高有促进作用，在结构形成过程中可以优化电荷载流子传输通道，并形成更有效的双连续互穿网络，从而有利于激子分离和电荷传输。

【技术实现步骤摘要】
非富勒烯有机太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于有机太阳能电池领域。
技术介绍
为了取代传统的化石燃料并克服严重的全球污染问题，可再生能源的发展目前正变得越来越紧迫。因此，有机太阳能电池(OSC)作为具有竞争力的可再生能源近年来备受关注，由于具有成本低，重量轻，柔韧性好，半透明等优点。有机太阳能电池主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，通过光伏效应产生电压和电流，其工作原理与无机太阳能电池的工作原理类似，都是基于光伏效应：主要过程是在光照条件下，有机半导体吸收光子，然后形成激子，当激子扩散到活性层接触面时，电子-空穴对在给受体能级差的作用下分解为自由电子和自由空穴，自由电子和自由空穴被电极收集形成电流，实现太阳能转化为电能的目的。其工作原理图如图1所示。富勒烯衍生物(例如PC61BM和PC71BM)是OSC中的经典电子受体，由于独特的球形几何形状，它们具有高电子迁移率，高电子亲和力和各向同性电荷传输。然而，基于富勒烯的OSCs的持续发展具有挑战性，部分原因在于它们在可见光区域的吸收较弱，可调谐能级水平有限。因此，非富勒烯受体已成为富勒烯受体的有吸引力的替代品。PTB7-Th与ITIC共混的装置已经被广泛研究。然而，当聚合物给体PTB7-Th与非富勒烯受体ITIC结合时，它们的低短路电流密度(JSC)值阻碍了提高其功率转换效率(PCE)。为了实现OSC的高性能，将添加剂引入活性层从而使有机太阳能电池的性能得到改善的策略已经被研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种具有较高功率转换效率(PCE)的有机太阳能电池及其制备方法。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，非富勒烯有机太阳能电池，其特征在于，包括顺序设置的ITO玻璃、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极，所述活性层材料包括给体材料和受体材料和添加剂，所述给体材料为PTB7-th，受体材料为ITIC，所述添加剂为CAS号为822-16-2的硬脂酸钠。进一步的，按重量比，给体材料:受体材料＝1:1～1:5，添加剂在活性层材料中的重量比例为0.1％～0.4％。本专利技术还提供非富勒烯有机太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：(1)活性层材料配置：1a.PTB7-th为给体材料，ITIC为受体材料，给体材料和受体材料作为溶质，CB为溶剂，构成总浓度为20～30mg/ml的混合溶液，按重量比，给体材料:受体材料为1:1～1:5；1b.在混合溶液中加入CAS号为822-16-2的硬脂酸钠并混合均匀，得到活性层溶液，按重量比，硬脂酸钠:给体材料和受体材料之和的比例为0.1％～0.4％，即硬脂酸钠/(给体材料+受体材料)＝0.1％～0.4％；(2)清洗ITO导电玻璃并用等离子臭氧预处理；(3)氮气环境下，在预处理后的ITO玻璃上旋涂ZnO，退火，形成电子传输层；(4)退火后的ITO玻璃的电子传输层上旋涂活性层溶液，形成活性层；(5)在活性层上蒸镀形成空穴传输层和阴极。本专利技术首次将CH3(CH2)16COONa作为一种新型添加剂运用到有机太阳能电池中，对非富勒烯有机太阳能电池中电流以及效率的提高有促进作用，在结构形成过程中可以优化电荷载流子传输通道，并形成更有效的双连续互穿网络，从而有利于激子分离和电荷传输。非富勒烯有机太阳能电池的PCE增强表明了，新型添加剂CH3(CH2)16COONa是提高光吸收和提高相分离尺寸的有前景的候选物，并通过加入这种添加剂改善了活性层形貌，能更好的减少分子复合，从而提升器件的填充因子。本专利技术丰富了添加剂的选择，并展示了一种实现高性能OSC的新方法。与本专利技术的添加剂相匹配的器件结构为倒置结构(如图4)，即在ITO界面上旋涂上ZnO作为电子传输层，而不是像传统的有机太阳能电池一样，在ITO上涂上一层PEDOT:PSS作为空穴传输层。传统的有机太阳能电池的器件结构为：ITO/PEDOT:PSS/活性层/LIF/Al，这类型的结构有两个比较显著的缺点就是酸性的PEDOT:PSS对玻璃表面具有腐蚀作用,造成器件的串联电阻增大，器件效率下降，另外，传统器件一般使用的是容易在空气中氧化的低功函的阴极电极。针对传统器件结构的缺点,我们在这里决定采用倒置结构，这种结构的器件阳极和阴极与传统电池电极位置相反。一般利用ITO作为阴极，而用较高功函数的金属作为阳极，有效避免了电极的氧化及其与PEDOT:PSS直接接触造成的腐蚀。不仅如此这种结构的电池还具有较好的空气稳定性以及器件制备更为便利，而且在倒置结构的电池中，受体在透明导电氧化物一侧具有更高的浓度，因而倒置结构电池在收集电子方面具有天然优势，有利于器件的效率提升。附图说明图1为有机太阳能电池工作原理图。图2为新型添加剂CH3(CH2)16COONa以及PTB7-th，ITIC的分子结构图。图3为基于不同浓度的CH3(CH2)16COONa(0.2％，0.3％，0.4％)的器件J-V曲线图。图4为本专利技术中配合新型添加剂所采用的倒置结构的有机太阳能电池结构图。图5为本专利技术中有机太阳能电池的制备过程图。具体实施方式本专利技术采用的硬脂酸钠如下表：实施例1添加硬脂酸钠CH3(CH2)16COONa的器件制备本实施例中提供基于PTB7-th：ITIC二元体系的倒置小分子太阳能电池，其结构如图4所示，ITO导电玻璃上依次为阴极电极，电子传输层，活性层，空穴传输层，阳极。二元电池采用以下工艺制备：(1)、提前一天配置活性层混合溶液以及电子传输层材料ZnO，配置过程如下：活性层材料配置：a.PTB7-th为给体材料，ITIC为受体材料，由两者共同构成的总浓度为amg/ml，给体受体材料重量比例为b：c，溶剂为CB,a为20～30优选25，b:c为1:1～1:5优选1:1.3；b.将给体材料2mg和2.6mgITIC溶于184ul溶剂中(总浓度为25mg/ml)，按重量比(0.1％～0.4％)加入硬脂酸钠CH3(CH2)16COONa，此处重量比为：硬脂酸钠重量/(给体材料重量+受体材料重量)。优选的硬脂酸钠重量比为0.3％。c.将混合溶剂在室温下搅拌24小时。ZnO配置：a.配置ZnO溶液体积为1ml，溶剂为二甲氧基乙醇。b.称取110mg醋酸锌和31mg乙醇胺于溶液瓶中，再加入1ml二甲氧基乙醇。c.将混合溶液在室温下搅拌48小时。(2)、阳极为氧化铟锡(ITO)，方阻为15Ω/cm2.,将ITO导电玻璃先用乙醇预超声，然后依次用洗涤剂水，超纯水，丙酮，异丙醇，乙醇对其进行超声清洗，然后用氮气枪将其吹干。(3)、将吹干的ITO玻璃进行等离子臭氧(U-V)处理30分钟。(4)、将U-V处理后的ITO玻璃放入手套箱氮气环境中旋涂ZnO，旋涂速度arpm，旋涂时间b秒，然后将片子放在加热平台上退火1小时，退火温度为c度,a为2000～6000优选5000，b为20～60优选30，c为180～250优选200。(5)、将步骤(4)退火后的ITO玻璃旋涂活性层，将步骤(1)所得活性层材料用arpm的旋涂速度旋涂于ZnO电子传输层上后放置于玻璃器皿中，a为2000～5000，优选3500。(6)、最后将涂好活性层的片子放入有机气相沉积系统的蒸镀仓内进行蒸镀步骤如下：a.放入空穴传输层材料MoO3，阳极电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非富勒烯有机太阳能电池，其特征在于，包括顺序设置的ITO玻璃、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极，所述活性层材料包括给体材料和受体材料和添加剂，所述给体材料为PTB7‑th，受体材料为ITIC，所述添加剂为CAS号为822‑16‑2的硬脂酸钠。

【技术特征摘要】
1.非富勒烯有机太阳能电池，其特征在于，包括顺序设置的ITO玻璃、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极，所述活性层材料包括给体材料和受体材料和添加剂，所述给体材料为PTB7-th，受体材料为ITIC，所述添加剂为CAS号为822-16-2的硬脂酸钠。2.如权利要求1所述的非富勒烯有机太阳能电池，其特征在于，按重量比，给体材料:受体材料＝1:1～1:5，添加剂在活性层材料中的重量比例为0.1％～0.4％。3.非富勒烯有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)活性层材料配置：1a.PTB7-th为给体材料，ITI...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶斯禄，李馨蕊，李婉，柯珂，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51