[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明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，本发明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，本发明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。