[发明专利]非富勒烯有机太阳能电池及其制备方法

说明书

非富勒烯有机太阳能电池及其制备方法，属于有机太阳能电池领域。本发明的非富勒烯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，所述活性层材料包括给体材料和受体材料和添加剂，所述给体材料为PTB7‑th，受体材料为ITIC，所述添加剂为CAS号为822‑16‑2的硬脂酸钠。本发明首次将CH₃(CH₂)₁₆COONa作为一种新型添加剂运用到有机太阳能电池中，对非富勒烯有机太阳能电池中电流以及效率的提高有促进作用，在结构形成过程中可以优化电荷载流子传输通道，并形成更有效的双连续互穿网络，从而有利于激子分离和电荷传输。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域。

背景技术

为了取代传统的化石燃料并克服严重的全球污染问题，可再生能源的发展目前正变得越来越紧迫。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。有机太阳能电池主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，通过光伏效应产生电压和电流，其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，实现太阳能转化为电能的目的。其工作原理图如图一所示。富勒烯衍生物(例如PC61BM和PC71BM)是OSC中的经典电子受体，由于独特的球形几何形状，它们具有高电子迁移率，高电子亲和力和各向同性电荷传输。然而，基于富勒烯的OSCs的持续发展具有挑战性，部分原因在于它们在可见光区域的吸收较弱，可调谐能级水平有限。因此，非富勒烯受体已成为富勒烯受体的有吸引力的替代品。PTB7-Th与ITIC共混的装置已经被广泛研究。然而，当聚合物给体PTB7-Th与非富勒烯受体ITIC结合时，它们的低短路电流密度(J_SC)值阻碍了提高其功率转换效率(PCE)。为了实现OSC的高性能，将添加剂引入活性层从而使有机太阳能电池的性能得到改善的策略已经被研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有较高功率转换效率(PCE)的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，非富勒烯有机太阳能电池，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，所述活性层材料包括给体材料和受体材料和添加剂，所述给体材料为PTB7-th，受体材料为ITIC，所述添加剂为CAS号为822-16-2的硬脂酸钠，按重量比，硬脂酸钠:给体材料和受体材料之和的比例为0.1％～0.4％。

按重量比，给体材料:受体材料＝1:1～1:5。

本发明还提供非富勒烯有机太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：

(1)活性层材料配置：

1a.PTB7-th为给体材料，ITIC为受体材料，给体材料和受体材料作为溶质，CB为溶剂，构成总浓度为20～30mg/ml的混合溶液，按重量比，给体材料:受体材料为1:1～1:5；

1b.在混合溶液中加入CAS号为822-16-2的硬脂酸钠并混合均匀，得到活性层溶液，按重量比，硬脂酸钠:给体材料和受体材料之和的比例为0.1％～0.4％，即硬脂酸钠/(给体材料+受体材料)＝0.1％～0.4％；

(2)清洗ITO导电玻璃并用等离子臭氧预处理；

(3)氮气环境下，在预处理后的ITO玻璃上旋涂ZnO，退火，形成电子传输层；

(4)退火后的ITO玻璃的电子传输层上旋涂活性层溶液，形成活性层；

(5)在活性层上蒸镀形成空穴传输层和阴极。