[发明专利]高效三元有机太阳能电池及其制备方法

说明书

高效三元有机太阳能电池及其制备方法，属于有机太阳能电池领域，本发明的高效三元有机太阳能电池，其特征在于，包括顺序设置的ITO玻璃、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极，所述活性层的材料中含有CAS号为52372‑39‑1的染料小分子苏丹红。本发明器件性能相比原有二元电池有了很大幅度的提升，开路电压、短路电流、填充因子均有提升，其中填充因子的提升最为明显。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域，具体涉及一种染料小分子苏丹红首次作为活性层给体材料的三元有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

在经济和科技高速发展的今天，人们对能源的需求量越来越大。面对化石能源的日趋减少和其消耗所带来的环境污染问题，人们在开发和利用新型能源的同时，对其绿色环保性和可持续性也更加关注。因此，有机太阳能电池(OSC)作为具有竞争力的可再生能源近年来备受关注，由于具有成本低，重量轻，柔韧性好，半透明等优点。太阳能电池是通过光伏效应直接把光能转化成电能的器件，是一种有效地开发和利用太阳能的手段。有机光伏器件的工作原理与无机太阳能电池的工作原理类似，都是基于光伏效应：主要过程是在光照条件下，有机半导体材料吸收光子，然后形成激子，当激子扩散到活性层接触面时，电子-空穴对在给受体能级差的作用下分解为自由电子和自由空穴，自由电子和自由空穴被电极收集形成电流。针对其工作原理，为了使有机半导体更多的吸收光子产生激子，同时使激子能更好的分离被电极收取，有机光伏的器件结构不断被改进，从最初的单层肖特基结构到平面异质结结构，再到经典的体异质结结构，以及在体异质结结构基础上发展起来的叠层结构，每一次有机太阳能电池结构方面的革新对其性能的提升都有巨大的推动作用。对于有机光伏材料，经过数十年的发展更是数不胜数，从小分子到聚合物的给体材料，从富勒烯到非富勒烯的受体材料。但由于富勒烯受体在可见光区域的吸收较弱且能量水平可调性有限，非富勒烯受体已成为富勒烯受体的有吸引力的替代品。目前，已经开发出一些高性能非富勒烯受体，其中，ITIC显示出较好的性能。然而，当ITIC与聚合物给体PTB7-Th结合时，它们的低短路电流密度阻碍了其提高功率转换效率的能力，因此提高有机太阳能电池的效率以期达到商业应用是现阶段国内外研究的主要目标。从而三元有机太阳能电池被人们广泛应用和研究，三元有机太阳能电池是通过在传统的二元体系中引入第三组分(给体或受体)，从而提高有源层对光子的俘获。通过甄选材料，调节材料间的比例，优化有源层的吸收和相分离能够在提高器件短路电流的同时提高填充因子。本文就是重点介绍基于苏丹红的三元有机太阳能电池，将其应用于基于PTB7-th：ITIC的二元体系构成三元有机电池时，器件效率有很大的提升，希望能对有机太阳能电池活性层的优化具有一定的借鉴意义和参考价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有较高效率的三元有机太阳能电池及其制备方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高效三元有机太阳能电池，包括顺序设置的ITO玻璃、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极，所述活性层的材料中含有染料小分子苏丹红。

所述活性层材料包括给体材料和受体材料；

所述给体材料包括PTB7-th与染料小分子苏丹红，给体材料中染料小分子苏丹红所占质量比为5％～20％；受体材料为ITIC。

本发明的高效三元有机太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：

步骤1:活性层材料配置

以PTB7-th与CAS号为52372-39-1的染料小分子苏丹红的混合物作为给体材料，给体材料中染料小分子苏丹红所占质量比为5％～20％；

ITIC作为受体材料，将给体材料和ITIC作为溶质，溶于溶剂CB中，形成浓度为20～30mg/ml的溶液，按重量比例，给体材料:受体材料为1:1～1:5；

步骤2：配置ZnO溶液；

步骤3：清洗ITO导电玻璃；