【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机太阳能电池，具体涉及一种基于光伏活性层原位交联固化的低成本、高性能、稳定的有机太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、近年来得益于非富勒烯受体的发展，基于聚合物给体材料和小分子受体的有机太阳能电池(oscs)能量转换效率(pce)已经超过19％，显示出巨大的应用前景。相对于聚合物给体而言，小分子受体普遍具有较低的玻璃化转变温度及较高的扩散系数，使得电池在运行过程中受体分子会自发地进行扩散再聚集，以达到热力学稳定状态。然而，聚合物给体相和小分子受体相会随之产生过度相分离，造成给受体界面减少及纯相孤立岛增多，严重影响电荷的产生及传输效率。因此，抑制小分子受体的扩散对提高oscs的稳定性至关重要。此外，得益于有机材料的本征柔性，oscs在柔性可穿戴设备领域具有独特的应用优势。然而在外界应力作用下，活性层中脆性的小分子受体相更容易成为应力释放区域而产生裂纹，因此，改善小分子受体相及活性层的机械稳定性是发展高效有机光伏电池的有效途径之一。
2、对于抑制小分子受体的扩散行为，构建含有类合金受体相的三组分oscs可以在一定程度上缓解小分子扩散以提高电池稳定性。然而，三组分活性层成膜热力学及动力学过程更为复杂，影响因素繁多造成器件批次重复性较差；同时除了合金相外，体相内会残余大量的亚稳态区域，因此其并不能从根本上解决稳定性问题。除此之外，构建寡聚分子受体是目前公认的另一个可行策略。相比于小分子受体，寡聚受体由于具有更大的分子量与分子尺寸以及更高的玻璃化转变温度，其扩散行为受到明显抑制。通常基于聚合物给体/寡聚分子受
3、因此，亟需提出新的技术方法，提高有机太阳能电池长期稳定性的同时，降低材料合成及器件制备成本，平衡光伏电池“效率-成本-寿命”三要素，开发更加面向实际应用的低成本高效有机太阳能电池。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于光伏活性层原位交联固化的低成本、高性能、稳定的有机太阳能电池及其制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案实现：
3、一种基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，器件结构包括正型及反型结构，每种结构包括导电基底、空穴传输层、光伏活性层、电子传输层、及阴极，所述光伏活性层为本体异质结(bhj)结构、伪平面异质结(pphj)结构或平面异质结(phj)双层结构；其中，光伏活性层含聚合物给体及两种小分子受体材料，且，小分子受体材料中含能够进行原位相互间交联的官能团。
4、在薄膜条件下，所述光伏活性层中小分子受体材料经热退火处理促使其上的官能团相互交联，原位生成寡聚分子受体，使得光伏活性层中含寡聚分子受体。
5、所述小分子受体结构由主骨架和骨架上非共轭侧链组成，主骨架为分子共轭主骨架，侧链末端为可发生交联反应的官能团。
6、上述，在薄膜条件下，原位交联反应及相关官能团包含但不限于diels-alder反应(双烯体与亲双烯体之间)、click反应(叠氮与炔键之间等)等经典双官能团反应。
7、所述官能团远离分子共轭主骨架，通过非共轭侧链共价键连接到小分子受体共轭主骨架上。
8、所述小分子受体材料包括a-d-a类型、a-da’d-a类型稠环分子以及非稠环或部分稠环小分子受体。其中稠环受体分子共轭主骨架包括但不局限于itic、idic、y6、l8-bo、btp-ec9、m-系列等受体中的任意一种或两种。
9、进一步的说，所述的小分子受体共轭主骨架，其结构特征为：
10、
11、上述结构中，d和a分别代表富电子和缺电子基团。分子两端a1和a2为相同或者不同的缺电子封端基团，如氰基茚酮类结构及衍生物。中间的d以及da’d结构包括但不限于式(2)中任意结构所示：
12、
13、上述结构中，r1、r2、r3、r4可相同或不同的选自为h原子、烷基链、甘醇链、含酰胺链或脲基团的的烷基链等非共轭侧链中的任意一种或几种，另外还包括含有芳香基团的上述非共轭侧链。
14、上述结构中，x、y可相同或不同的选自为o，s，se以及含有取代或未取代的n原子中的任意一种或者几种。
15、所述非共轭侧链包括烷基链、甘醇链、含酰胺链或脲基团的烷基链等，以及含有芳香基团的上述非共轭侧链，可发生交联反应的官能团位于非共轭侧链的末端。所述侧链结构包括以下任意一种或者几种(所述的可发生交联反应的官能团位于侧链末端星号位置)：
16、
17、进一步的具体的说，
18、两个小分子受体之间通过diels-alder反应、click反应等经典双官能团反应，在固态下(共混薄膜)加热条件下进行原位固化反应，并在原位固化的同时实现对薄膜的热退火处理。进行原位反应的官能团通过非共轭侧链(如烷基链、甘醇链、醚链等)连接到小分子受体的共轭主骨架上。以diels-alder反应为例，小分子受体之间的原位固化反应示意图如下(其中双烯体、亲双烯体采用但不局限于呋喃、马来酰亚胺)：
19、
20、以呋喃和马来酰亚胺官能团之间的diels-alder为例，具体的小分子受体化学结构举例如下所示(原位交联反应可发生于双烯体与亲双烯体任意两种分子之间)：
21、
22、所述原位交联中两种小分子受体的摩尔比为1:0.1～1:1、退火温度为100～150℃、退火时间为5～30min。
23、所述聚合物给体材料包括有机太阳能电池领域常用聚合物给体材料，包括但不局限于pm6、pm7、pbdb-t、d18、ptq10、pqm-cl、p3ht等给体材料中的一种。
24、一种所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池的制备方法：
25、(1)在导电基底上以刮涂、旋涂、印刷或蒸镀的方式制备空穴传输材料层；
26、(2)在空穴传输层上以刮涂、旋涂或印刷的方式制备给受体活性层；
27、(3)对上述获得给受体活性层进行热退火处理，使得给受体活性层中小分子材料通过侧链末端官能团之间原位交联固化，进而使得给受体活性层中含原位生成的寡聚分子受体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，器件结构包括正型及反型结构，每种结构包括导电基底、空穴传输层、光伏活性层、电子传输层、及阴极，其特征在于：所述光伏活性层为本体异质结(BHJ)结构、伪平面异质结(PPHJ)结构或平面异质结(PHJ)双层结构；其中，光伏活性层含聚合物给体及两种小分子受体材料，且，小分子受体中含能够进行原位交联的官能团。
2.根据权利要求1所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，其特征在于：在薄膜条件下，所述光伏活性层中小分子受体材料经热退火处理促使其上的官能团能够相互交联，在两种小分子受体界面处原位生成寡聚分子受体。
3.根据权利要求2所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，其特征在于：所述小分子受体结构由主骨架和骨架上非共轭侧链组成，主骨架为分子共轭主骨架，侧链末端为可发生交联反应的官能团。
4.根据权利要求1或2所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，其特征在于：所述原位交联中两种小分子受体的摩尔比为1:0.1～1:1、退火温度为100～150℃、退火时间为5～30min。p>
5.根据权利要求1或2或所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，其特征在于：所述聚合物给体材料为有机光伏领域常用的聚合物给体材料中的一种。
6.一种权利要求1所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在惰性气氛中、100～150℃、加热时间为5～30min，使得小分子材料通过侧链末端官能团间相互原位交联固化，形成寡聚分子受体，进而获得厚度为80～350nm含寡聚分子受体的给受体活性层。
8.根据权利要求6或7所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述形成的给受体活性层为本体异质结结构、伪平面异质结结构或平面异质结双层结构；其中，给受体活性层为本体异质结或伪平面异质结时可相同或不同的采用二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、四氯乙烷、氯苯、二氯苯、二甲苯、甲苯、苯甲醚、四氢呋喃中的一种或几种有机溶剂分别对给体和受体进行溶解。
9.根据权利要求8所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述给受体活性层为平面异质结构时，聚合物给体可采用氯仿、四氯乙烷、氯苯、二氯苯、二甲苯、甲苯、苯甲醚中的一种进行溶解；溶解小分子受体的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、异丙醇或乙二醇二甲醚。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，器件结构包括正型及反型结构，每种结构包括导电基底、空穴传输层、光伏活性层、电子传输层、及阴极，其特征在于：所述光伏活性层为本体异质结(bhj)结构、伪平面异质结(pphj)结构或平面异质结(phj)双层结构；其中，光伏活性层含聚合物给体及两种小分子受体材料，且，小分子受体中含能够进行原位交联的官能团。
2.根据权利要求1所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，其特征在于：在薄膜条件下，所述光伏活性层中小分子受体材料经热退火处理促使其上的官能团能够相互交联，在两种小分子受体界面处原位生成寡聚分子受体。
3.根据权利要求2所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，其特征在于：所述小分子受体结构由主骨架和骨架上非共轭侧链组成，主骨架为分子共轭主骨架，侧链末端为可发生交联反应的官能团。
4.根据权利要求1或2所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，其特征在于：所述原位交联中两种小分子受体的摩尔比为1:0.1～1:1、退火温度为100～150℃、退火时间为5～30min。
5.根据权利要求1或2或所述的基于光伏活性层原位交联固化的有机太阳能电池，其特征在于：所述聚合物给体材料为有机光伏领域常用的...
【专利技术属性】
技术研发人员：包西昌，李永海，王晓宁，文树光，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：
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