一种柔性单组分有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及有机太阳能电池器件技术领域，具体涉及一种柔性单组分有机太阳能电池及其制备方法。柔性单组分有机太阳能电池，从下至上依次包括塑料支撑层、柔性电极层、电子传输层、单组分光活性层、空穴传输层和顶电极层；单组分光活性层材料为双缆聚合物，双缆聚合物为给体骨架和受体亲核试剂通过共价键连接的双缆聚合物；柔性电极层为阴极，顶电极层为阳极。相对于本体异质型有机太阳能电池，本发明专利技术柔性单组分有机太阳能电池可以有效提升器件稳定性、储存稳定性和优异的抗弯曲变形能力；本发明专利技术还提供超薄柔性有机太阳能电池，不仅具有良好的能量转换效率，还具有优异的贴附作用，可在柔性可穿戴领域或生物检测应用领域具有良好的应用。好的应用。好的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性单组分有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有机太阳能电池器件
，具体涉及一种柔性单组分有机太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的进步和科技的发展，人类对能源的需求越来越大，对煤炭石油等资源的过度开发，严重影响了人类的生存环境和地球的生态环境，因此要找到新型可再生能源进行开发。太阳能发电是一种可以直接将太阳能转化为电能的技术，可直接或间接地给我们提供丰富的能源支持，对太阳能技术的开发和利用是社会前进发展的重要途径，得到了科研界及工业界的广泛关注。
[0003]太阳能电池工作的基本原理源自于半导体材料的光电响应特性，最早的太阳能电池的发展可追溯到1839年科学家Becqurel光生伏打效应的发现。此后至今，人们对于太阳能电池材料及器件工艺方面的探索推陈出新，涌现出基于硅基(单晶、多晶和无定型硅)太阳能电池、硫化镉、碲化镉、砷化镓等无机化合物太能电池。特别注意的是，随着太阳能电池的不断发展及人类社会发展需求，独立于无机太阳能电池体系外的有机太阳能电池体系应运而生。不同于无机太阳能体系，有机太阳能电池的轻、薄、柔等优点赋予了有机太阳能电池广泛应用的不可替代性。在有机太阳能电池中，绝大多数采用的是刚性太阳能电池，如晶体硅电池。而在一些刚性电池无法胜任的场合中，柔性太阳能电池正以其独特、柔韧的特点赢得了一席之地，在各种户外便携的应用里，特别是科考、军工等领域发挥着不可替代的作用。
[0004]光伏活性材料的物理和电学特性是制备柔性有机太阳能电池的首要因素。就光伏活性材料而言，本体异质结型器件由于具有高效的能量转化效率成为当前有机太阳能电池器件结构的主流，然而，本体异质性电池器件结构活性层通常由小分子受体和聚合物给体共混而成，需要精细的控制薄膜的制备条件来控制给受体形成的相分离尺度，从而确保激子的解离和电荷的传输，这对器件制备工艺和人为操作要求很高，不利于面向工业实际应用生产及推广。此外，本体异质型太阳能电池虽然具有高效转化效率，但其中小分子受体材料因其尺寸较小，在活性层具有较高的自由度，在光照及受热的条件下容易发生自聚集，倒置器件性能短时间内衰减较大，使制备的有机太阳能电池器件十分不稳定性，难以进行大面积生产和应用。现阶段基于柔性有机太阳能电池的制备仍然是基于本体异质结作为活性层材料的方法制备，这不仅使得柔性有机太阳能电池的工艺繁琐，且由于本体异质结本征的不稳定性，一定程度上限制了柔性有机太阳能电池的应用推广。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]专利技术目的
[0007]为解决上述现有技术中柔性有机太阳能电池材料的主要问题和缺陷，本专利技术的目的在于提供一种柔性单组分有机太阳能电池及其制备方法。本专利技术采用双缆聚合物用作单组分有机太阳能电池活性材料，制备的柔性单组分有机太阳能电池具有高能量转换效率、优异的力学稳定性以及良好的储存稳定性。
[0008]解决方案
[0009]为实现本专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：
[0010]一种柔性单组分有机太阳能电池，从下至上依次包括塑料支撑层、柔性电极层、电子传输层、单组分光活性层、空穴传输层和顶电极层；所述单组分光活性层材料为双缆聚合物，所述双缆聚合物为给体骨架和受体亲核试剂通过共价键连接的双缆聚合物；所述柔性电极层为阴极，所述顶电极层为阳极。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述塑料支撑层材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚酰胺、透明聚酰亚胺、聚烯烃、聚硅烷、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物中的一种或多种。本专利技术中塑料支撑层是实现太阳能电池的柔性变形的主要载体，并且塑料支撑层作为太阳光入射面，具有优异的透过率。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述塑料支撑层的厚度>50μm，更优选为厚度>100μm。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述塑料支撑层的厚度≤3μm。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述柔性电极层材料选自金属氧化物、掺杂金属氧化物、金属纳米线、导电聚合物或碳基材料；所述金属氧化物优选为氧化铟锡；所述金属纳米线包括但不限于银纳米线、金纳米线、铜纳米线，优选为金纳米线；所述碳基材料包括但不限于碳纳米管或石墨烯及其衍生改性材料；所述柔性电极层面电阻<20Ω/sq，透过率>85％。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述电子传输层材料包括但不限于ZnO、TiO2、SnO2、PFN、PFN
‑
Br、PDNIO及其衍生物中的一种或多种，优选为ZnO。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述电子传输层厚度为10
‑
150nm。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述双缆聚合物的给体骨架包括吡咯并吡咯二酮
‑
苯并二噻吩型骨架、异靛蓝型骨架、噻吩并吡咯二酮
‑
苯并二噻吩型骨架、聚酯基噻吩型骨架和苯并二噻吩二酮
‑
苯并二噻吩型骨架中的一种。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述双缆聚合物的受体亲核试剂包括但不限于苝酰亚胺类亲核试剂(PBI)或萘酰亚胺类亲核试剂(NDI)。
[0019]在一种可能的实现方式中，所述双缆聚合物包括但不限于以下结构：
[0020][0021]在一种可能的实现方式中，所述单组分光活性层厚度为40nm
‑
120nm。
[0022]在一种可能的实现方式中，所述空穴传输层材料为氧化镍、氧化钼、氧化铜、聚3,4
‑
乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐中的一种或多种，空穴传输层厚度为3
‑
100nm。
[0023]在一种可能的实现方式中，所述顶电极层材料可选自银、铝、金、铜、共晶镓
‑
铟合金或导电率大于1000S/cm的聚合物；顶电极层厚度为80
‑
200nm。
[0024]一种柔性单组分有机太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0025]步骤1：挑选一刚性基底，使其表面涂有粘附层；
[0026]步骤2：将塑料支撑层粘附于刚性基底表面，然后在塑料支撑层表面沉积透明导电电极材料，得到柔性电极层；
[0027]步骤3：在柔性电极层表面沉积电子传输层材料，得到电子传输层；
[0028]步骤4：在电子传输层表面沉积双缆聚合物溶液，退火处理，得到单组分光活性层；
[0029]步骤5：将空穴传输层材料沉积于单组分光活性层表面，得到空穴传输层；
[0030]步骤6：将顶层电极材料沉积于空穴传输层表面，得到顶电极层；
[0031]步骤7：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性单组分有机太阳能电池，从下至上依次包括塑料支撑层、柔性电极层、电子传输层、单组分光活性层、空穴传输层和顶电极层；所述单组分光活性层材料为双缆聚合物，所述双缆聚合物为给体骨架和受体亲核试剂通过共价键连接的双缆聚合物；所述柔性电极层为阴极，所述顶电极层为阳极。2.根据权利要求1所述的柔性单组分有机太阳能电池，所述塑料支撑层材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚砜、聚酰胺、透明聚酰亚胺、聚烯烃、聚硅烷、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的柔性单组分有机太阳能电池，所述塑料支撑层的厚度≤3μm。4.根据权利要求1所述的柔性单组分有机太阳能电池，所述柔性电极层材料选自金属氧化物、掺杂金属氧化物、金属纳米线、导电聚合物或碳基材料。5.根据权利要求1所述的柔性单组分有机太阳能电池，所述电子传输层材料包括但不限于ZnO、TiO2、SnO2、PFN、PFN
‑
Br、PDNIO或其衍生物中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的柔性单组分有机太阳能电池，所述双缆聚合物的给体骨架为吡咯并吡咯二酮
‑
苯并二噻吩型骨架、异靛蓝型骨架、噻吩并吡咯二酮
‑
苯并二噻吩型骨架、聚酯基噻吩型骨架和苯并二噻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李韦伟，谢程程，肖承义，陈巧梅，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：