基于固-液混合添加剂的有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于固

【技术实现步骤摘要】
基于固
‑
液混合添加剂的有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于有机太阳能电池领域，涉及基于固
‑
液混合添加剂的有机太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源问题一直是社会发展的重大问题。随着科技水平不断的提高，能源的消耗也随之提高，同时也因为化石燃料的大量燃烧导致了严重的环境问题。我国目前大部分的能源是由煤炭来提供，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。
[0003]因此，新型清洁可再生能源的发展已经迫在眉睫。太阳能是自然界最广泛的清洁能源，然而目前太阳能的使用率处于较低水平。有机太阳能电池作为太阳能转化的一种非常重要的方式，在最近的几十年里其效率已经得到了明显的改善，但是相比于钙钛矿类太阳能电池效率依旧偏低，因此发展有机光伏电池重心是提升效率。目前，提升有机光伏电池光伏效率的方法主要包括：(1)合成合适的供体和受体材料；(2)带隙工程，通过调节聚合物的带隙调控光的吸收范围；(3)界面调控，改善光活性层与电子传输层或者空穴传输层的电子转移。另外，近些年来也开发出许多新的方式来提升太阳能电池的光电转化效率，如热退火，蒸汽退火，和使用添加剂等方式。大多数高性能有机光伏电池都需要使用添加剂，添加剂的种类包括液体添加剂和固体添加剂。目前，广泛使用的液体添加剂都属于高沸点的溶剂，如二碘辛烷，N
‑
甲基吡咯烷酮，二苯醚等。这些高沸点溶剂的引人能够有效地调节光活性层的形貌，但是由于这些溶剂高沸点的特性使得在成膜过程中，容易残留在薄膜中，因此器件最终的效率就会受限于制备工艺，同时溶剂在光活性层中的残留也会造成有机太阳能电池稳定性的下降。相比于使用高沸点液体添加剂，使用固体添加剂过程更加简单，且重现性更好，并且固体添加剂的选择种类更多。
[0004]目前，已经有一些报道证实了固体添加剂的使用，结果表明能够有效的改善太阳能电池器件的稳定性，如研究人员合成了一种固体添加剂，他们发现使用这种固体添加剂能够有效的促进受体分子的π
‑
π堆叠，从而使光活性层薄膜可以更长时间内保持良好的形貌，具有更好的稳定性。参考[Yu R.N.；et al.,Adv.Mater.2019,31,1900477/DOI:10.1002/adma.201900477]可见合适的固体添加剂有助于开发高稳定性有机太阳能电池。然而，单一的固体添加剂对有机太阳能电池的效率改善并不明显。因此，为了能够在改善器件效率的同时也能够提高器件的稳定性，需要开发更高效的掺杂剂或者掺杂方式。
[0005]
技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：提供了基于固
‑
液混合添加剂的有机太阳能电池及其制备方法，解决了
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种基于固
‑
液混合添加剂的有机太阳能电池，从下到上依次包括衬底、透明导电阴极、阴极缓冲层、固
‑
液混合添加剂掺杂的光活性层、阳极缓冲层和金属阳极，所述固
‑
液混合添加剂由吲哚衍生物和液体添加剂混合组成；
[0009]其中：吲哚衍生物的结构式如式(I)所示，
[0010]R1＝C
n
H
2n
‑
H，
‑
Cl，
‑
F，
‑
CN，
‑
NO2，
‑
CHO，
‑
OCOCH3[0011]R2＝C
n
H
2n
‑
H，
‑
Cl，
‑
F，
‑
CN，
‑
NO2，
‑
CHO，
‑
OCOCH3[0012]R3＝C
n
H
2n
‑
H，
‑
Cl，
‑
F，
‑
CN，
‑
NO2，
‑
CHO，
‑
OCOCH3[0013]R4＝C
n
H
2n
‑
H，
‑
Cl，
‑
F，
‑
CN，
‑
NO2，
‑
CHO，
‑
OCOCH3[0014]R1、R2、R3、R4为氢原子、卤素原子、氰基、硝基、醛基或酯基任选取代的C1
‑
10烷基、任选取代的C1
‑
10卤代烷基；
[0015]液体添加剂采用二碘辛烷，N
‑
甲基吡咯烷酮，二苯醚，1,8
‑
二碘辛烷，氯萘中的一种或多种混合而成。
[0016]进一步地，所述吲哚衍生物与液体添加剂分散或溶解到光活性材料的溶液中，吲哚衍生物与光活性材料的质量比为1:20～30。
[0017]一种基于固
‑
液混合添加剂的有机太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0018]步骤1：对基底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干或经恒温箱热烘干；
[0019]步骤2：在电极表面旋转涂覆阴极缓冲层ZnO溶胶凝胶前驱溶液，并进行热退火；
[0020]步骤3：将吲哚衍生物与液体添加剂分散或溶解到光活性材料的溶液中，然后旋转涂覆在ZnO阴极缓冲层表面，并进行热退火；
[0021]步骤4：真空条件下，在光活性层表面蒸镀阳极缓冲层；
[0022]步骤5：真空条件下，蒸镀金属阳极。
[0023]进一步地，所述步骤1中的基底为刚性玻璃基底或柔性对聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜基底。
[0024]进一步地，所述步骤2中的热退火温度为180～200℃，时间范围为30～60min。
[0025]进一步地，所述的真空条件为2*10
‑3Pa～3*10
‑3Pa。
[0026]进一步地，所述阳极缓冲层为三氧化钼。
[0027]进一步地，所述步骤3中的吲哚衍生物是式(Ⅰ)中的一种或者两种，其与光活性材料的质量比为1:20～30，液体添加剂是二碘辛烷，N
‑
甲基吡咯烷酮，二苯醚，1,8
‑
二碘辛烷，氯萘中的一种或多种。
[0028]进一步地，所述步骤3中的溶液中添加的溶剂为三氯甲烷。
[0029]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0030]1.基于固
‑
液混合添加剂的有机太阳能电池及其制备方法，提出了一系列基于固
‑
液混合添加剂的有机太阳能电池，有效的解决了单一添加剂的不足，在提升器件效率的同时也提高了稳定性；
[0031]2.本专利技术中通过固
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固
‑
液混合添加剂的有机太阳能电池，其特征在于：从下到上依次包括衬底、透明导电阴极、阴极缓冲层、固
‑
液混合添加剂掺杂的光活性层、阳极缓冲层和金属阳极，所述固
‑
液混合添加剂由吲哚衍生物和液体添加剂混合组成；其中：吲哚衍生物的结构式如式(I)所示，R1＝C
n
H
2n
‑
H，
‑
Cl，
‑
F，
‑
CN，
‑
NO2，
‑
CHO，
‑
OCOCH3R2＝C
n
H
2n
‑
H，
‑
Cl，
‑
F，
‑
CN，
‑
NO2，
‑
CHO，
‑
OCOCH3R3＝C
n
H
2n
‑
H，
‑
Cl，
‑
F，
‑
CN，
‑
NO2，
‑
CHO，
‑
OCOCH3R4＝C
n
H
2n
‑
H，
‑
Cl，
‑
F，
‑
CN，
‑
NO2，
‑
CHO，
‑
OCOCH3R1、R2、R3、R4为氢原子、卤素原子、氰基、硝基、醛基或酯基任选取代的C1
‑
10烷基、任选取代的C1
‑
10卤代烷基；液体添加剂采用二碘辛烷，N
‑
甲基吡咯烷酮，二苯醚，1，8
‑
二碘辛烷，氯萘中的一种或多种混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，王瑞，张大勇，孔天宇，
申请(专利权)人：钱塘科技创新中心，
类型：发明
国别省市：