[发明专利]光伏活性组合物和太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及太阳能电池领域，具体地，涉及一种光伏活性组合物和太阳能电池及其制备方法。该组合物含有电子受体和电子供体，其特征在于，所述电子受体为式(I)所示的化合物，所述电子供体为由特定结构单元构成的聚合物。本发明通过特定的小分子电子受体和特定的大分子电子供体的配合作用，能够获得具有较高光电转换效率的太阳能电池，从而提供了一种新的基于芳香稠环材料的有机太阳能电池。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体地，涉及一种光伏活性组合物和太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池拥有成本低、重量轻、可弯曲、可溶液加工并且可以大面积制备等优点，因此在学术界受到广泛的关注。近年来，聚合物和小分子太阳能电池发展迅速，并取得了显著的成果。到目前为止，经过对分子结构、器件结构和加工工艺的优化，基于聚合物给体或小分子给体与富勒烯受体共混制备的太阳能电池的光电转换效率已突破10％。这显示出有机太阳能电池的巨大应用前景。其中聚合物材料由于其吸收太阳光的范围相对较宽，其光伏器件的光电转换效率较高。通过对材料结构及器件结构的优化，文献报道的最高光电转换效率已经达到10.8％。但聚合物也有自身缺点，如：分子量分布的多分散性，批次间重复性较差，纯化难等问题。相对于此，有机小分子和大分子半导体材料则表现出特定优点，如：确定的分子结构及分子量，高纯度及批次稳定等。因而，近来有机小分子和大分子太阳能电池研究渐趋于热。

相比于给体材料的迅速发展，受体材料则发展缓慢。在受体材料方面，以PC₆₁BM和PC₇₁BM为代表的富勒烯衍生物牢牢地占据着主导地位。这是因为PCBM拥有诸多优点，如大的电子亲和力、优秀的各向同性的电子传输性能、并且能够与给体材料混合形成纳米尺寸的相分离等。然而以PCBM为代表的富勒烯衍生物也存在着诸多缺点，如在可见光区吸收弱、能级调控难、提纯困难等。因此合成新型的受体材料依然非常有必要。

近年来，人们为了替换有机太阳能电池中的富勒烯受体，合成了一系列的新型小分子及聚合物非富勒烯受体材料。当与不同的给体材料共混制备太阳能电池时，表现出了较好的性能。全聚合物太阳能电池及基于聚合物给体和小分子非富勒烯受体的有机太阳能电池的光电转换效率均已超过6％。这说明发展高性能的基于非富勒烯受体的电池器件不仅非常有必要，而且也是很可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的可获得较高光电转换效率的光伏活性组合物和太阳能电池及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种光伏活性组合物，该组合物含有电子受体和电子供体，所述电子受体为式(I)所示的化合物：

式(I)，

所述电子供体为由选自以下结构单元所示的一种或多种构成的聚合物：

式(1)式(2)

式(3)式(4)

式(5)

其中，各个R¹、R²、R^2'、R³、R^3'、R⁴、R^4'、R⁵、R⁶和R^6'各自独立地选自H、C1-C20的烷基、C1-C20的烷氧基和C1-C20的烷硫基；各个R^1'各自独立地选自H、卤素、C1-C6的烷基、C1-C6的烷氧基和C1-C6的烷硫基；各个X各自独立地选自S、O和Se；各个Y各自独立地选自卤素。

本发明还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括光捕获的活性层，其中，所述光捕获的活性层包括上述光伏活性组合物。

本发明还提供了一种太阳能电池的制备方法，其中，该方法包括将上述光伏活性组合物用于形成光捕获的活性层。