基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法，该方法是在配置有机活性层溶液时添加一定比例的噻吩类添加剂，结构通式如式(Ⅰ)，其中n＝4‑10；X选自H、F、Cl、Br、I中的任意一种。本发明专利技术通过向活性层溶液中添加噻吩类添加剂来调控给受共混薄膜中的形貌，使得活性层形成合适给受纳米分相结构和有序聚集，有利于提高激子解离效率和光生载流子迁移率，从而改善电池性能和寿命。因此基于噻吩类化合物作为溶剂添加剂的有机太能电池具有光电转换效率高、寿命长、制备工艺简单以及成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法
本专利技术涉及一种基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法，属于有机太阳能电池

技术介绍
太阳能作为一种取之不竭用之不尽的绿色能源，已成为解决当今社会面临的严峻环境和能源问题的最佳途径。与传统的太阳能电池相比，有机太阳能电池(OSCs)作为新一代的光伏技术，具有轻薄、低成本、柔性、半透明等优点，吸引了越来越多研究者的关注。经过十几年的努力，基于富勒烯体系的OSCs已经获得高达12％的器件效率，而非富勒烯体系的OSCs发展更为迅猛，器件效率已突破13％。在这些高效的器件结构中，由给体与受体材料共混组成活性层形貌的调控是至关重要的环节，尤其是在今后商业应用中制备较大面积器件。到目前为止，各种方法已被用来尝试改善聚合物给体和受体相互共混的形貌，例如选取合适的主溶剂，溶剂退火，热退火以及溶剂添加剂等。在这些方法中，溶剂添加剂被发现是控制D/A混合体系中纳米结构的相分离和聚合物排序的最有效且简单的方法，因而被广泛的使用。目前，1,8-二碘辛烷(DIO)作为一种添加剂在聚合物-富勒烯，聚合物-非富勒烯以及全聚合物体系中被广泛的使用，主要通过对形貌的调控来改善器件的光电转换效率。虽然DIO在提高器件效率上已经被大量的实例证实，但是由于DIO具有高的沸点易于残留，同时碘离子容易解离与聚合物上的柔性烷基链反应，使的共混膜中聚合物降解，最终导致器件寿命变短，效率下降。为了解决DIO引起的消极影响，一些稳定的添加剂被使用，如二苯醚(DPE)、1-氯萘(CN)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。尽管这些添加剂在一定程度上能保持器件的稳定性，但是在改善器件效率方面并没有达到与DIO一致的效果，特别是对针对含有富勒烯(PCBM)受体的体系，不能有效的将PCBM从聚合物相中提取出来，形成好的自主装能力。基于以上讨论，目前亟需选择一种溶剂添加剂来替代DIO，不仅具有高沸点与对PCBM的选择性溶解，并且具有高的稳定性。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种新的溶剂添加剂，通过优化活性层形貌来提升有机太阳能电池的光电转换效率，同时改善器件的稳定性。噻吩经常被作为合成聚合物重要的组成部分，尤其是被烷基取代后，不仅表现出了高的沸点和好的选择性溶解性对PCBM，而且在空气中具有高的热和光稳定性。同时，在测试其物理性质使，噻吩烷基化后不仅可以提高对PCBM的溶解度，还对聚合物表现出了微量的溶解性，这种惊喜的发现除了有利于PCBM提取从聚合物中，还可以形成较光滑的薄膜，减少复合，有利于电荷的传输，进而获得升光电转换效率。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于提升有机太能电池性能和稳定性的噻吩类添加剂，所述的噻吩类添加剂的结构如下：式中，n＝4-10；X选自H、F、Cl、Br、I中的任意一种。一种基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法，在配置有机活性层溶液时添加如权利要求1所述的噻吩类添加剂。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，其特征在于：配置有机活性层溶液的方法为，隔绝空气条件下，向选活性层溶液中加入噻吩类添加剂，加热搅拌过夜得到所述的活性层溶液。作为上述技术方案的改进，所述的加热过程，温度范围为60-110℃。作为上述技术方案的改进，所述活性层溶液包括聚合物-富勒烯体系，聚合物-非富勒烯小分子体系，全聚合物体系以及全小分子体系。作为上述技术方案的改进，所述噻吩类添加剂的添加量为活性层溶液的主溶剂体积的1％-15％。作为上述技术方案的改进，所述有机活性层溶液的主溶剂为二氯苯或者氯苯。作为上述技术方案的改进，所述的活性层溶液是将电子给体材料和电子受体材料进行共混，其中，电子给体材料是共轭聚合物或者有机小分子，受体材料为富勒烯以及富勒烯衍生物，有机小分子受体和共轭聚合物。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：1.通过将噻吩类化合物作为溶剂添加剂加入到有机太阳能电池的光活性层中，噻吩类添加剂具有高的沸点、高的选择性溶解度对PCBM可以使聚合物可以有效的提取从聚合物中。同时，由于噻吩也被广泛应用于共轭骨架分子制备，因此对聚合物或者小分子化合物也表现了相应的溶解性，这种特点有利于形成光滑的共混薄膜可以促使形成合适给受纳米分相结构和有序聚集，进而减少复合和增加电荷的传输，获得高的光电转换效率。2.噻吩类添加剂在空气中表现出高的热和光稳定性，可以延长器件的寿命，增加器件的稳定性。3.噻吩类添加剂原材料易于获得，制备过程简单，成本低，产率高，便于大规模生产。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1是本专利技术所使用的电子给体材料PTB7-Th和电子受体材料PC71BM的分子结构示意图；图2为实施例1和实施例5中所述器件在AM1.5G(强度为100mWcm-2)照射下的电流密度-电压特性曲线图；图3为实施例1和实施例5中所述器件在AM1.5G(强度为100mWcm-2)照射下的光电转换效率-时间特性曲线图。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。同时，为了能够充分的证实噻吩类添加剂的作用，我们选取应用最广泛且高性能的PTB7-Th:PC71BM为活性层，以领二氯苯为主溶剂，并选取DIO作为对照添加剂，详细对新的噻吩类溶剂添进行优化，通过加入合适的比例来获得最优的形貌，进而改善光电转换效率和器件的稳稳定性。实施例1(对照组)第一步，配制有机活性层溶液：以邻二氯苯为主溶剂，配制PTB7-Th:PC71BM(1:1.5,w/w)，浓度为25mgmL-1(总浓度)；向配好的溶液中添加3％DIO(v/v)，然后，将其放置在加热搅拌台上，85℃加热搅拌12小时，备用。第二步，配制ZnO前驱体溶液:分别称取1.05g的乙酸锌二水合物和0.28g的乙醇胺溶于10mL的2-甲氧基乙醇，在室温下大力搅拌12小时，备用。第三步，清洗ITO玻璃片基底：将已刻蚀好的ITO玻璃片依次用蒸馏水，丙酮和异丙醇分别超声清洗10min，氮气吹干后，再将其放入紫外-臭氧清洗机中处理15min。第四步，薄膜旋涂：首先旋涂ZnO(电子传输层)层，取第二步已配制好的ZnO前驱体溶液130μL，在转速为5000r/min下旋涂40min，旋涂完后，将其放在180℃的加热板上退火30min。然后，将干燥好的涂有ZnO薄膜的ITO玻璃片移入充有氮气的手套箱中；进行旋涂活性层：取第一步已配制好的活性层溶液110μL，在转速为800r/min下旋涂60min，自然干燥。第五步，蒸镀空穴传输层和阳极：将第四步已制备好的薄膜移入蒸镀系统中，在真空度为3×10-6Pa下依次蒸镀空穴传输材料MoO3和阳极材料Ag。将上述制备好的电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提升有机太能电池性能和稳定性的噻吩类添加剂，其特征在于，所述的噻吩类添加剂的结构如下：

【技术特征摘要】
1.一种用于提升有机太能电池性能和稳定性的噻吩类添加剂，其特征在于，所述的噻吩类添加剂的结构如下：式中，n＝4-10；X选自H、F、Cl、Br、I中的任意一种。2.一种基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法，其特征在于：在配置有机活性层溶液时添加如权利要求1所述的噻吩类添加剂。3.如权利要求2所述的基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法，其特征在于：配置有机活性层溶液的方法为，隔绝空气条件下，向选活性层溶液中加入噻吩类添加剂，加热搅拌过夜得到所述的活性层溶液。4.如权利要求3所述的基于噻吩类添加剂提升有机太能电池性能和稳定性的方法，其特征在于：所述的加热过程，温度范围为60-110℃。5.如权利要求2所述的基于噻吩类添加剂提升有机太...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖生强，高建宏，詹春，尤为，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42