[发明专利]一种有机太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种有机太阳电池及其制备方法，该有机太阳电池包括光活性层，光活性层包括电子给体材料、电子受体材料，光活性层中还添加有一定量的液晶添加剂，液晶添加剂能够有效地抑制光活性层内电子和空穴的复合，减少了内部孤岛的产生，提高了电子、空穴的产生和传输，增大电流密度，提升有机太阳电池的光电转换效率等性能。另外，本发明中所使用的液晶添加剂溶解性很好，可溶于氯仿、二氯苯、乙醇等有机溶剂，能够通过旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀等多种方法制备成膜，适用于卷对卷工艺。

技术领域

本发明涉及有机光伏器件领域，特别涉及一种有机太阳电池及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，对于能源的需求也越来越高，而当前作为主力的化石能源是一种不可再生能源，显然无法满足全球发展的需要。因此，开发利用可持续能源也就成为了一件迫在眉睫的课题。与其它能源相比，太阳能具有清洁无污染、安全、不受地理条件限制等多种优点。基于以上考虑，如何充分利用太阳能、尤其是如何开发能够直接把太阳辐射转变为电能的太阳能电池也就成为了解决当前能源问题的最有前途的方法之一。

太阳能电池种类繁多，按照材料的不同，可以分为无机太阳电池、有机化合物太阳电池、染料敏化太阳电池、塑料太阳电池等。无机太阳电池采用的主要是包括硅在内的无机材料，单晶硅或多晶硅的光电转换效率在14％左右，非晶硅在6％左右，其它无机材料的光电转换效率大致在8-10％。这类太阳电池因为高昂的制造成本以及无机材料的不易加工和不可降解等缺点而在使用中受到诸多限制。而有机化合物太阳电池质量轻、稳定、适合大面积生产，而且喷墨打印、丝网印刷等生产工艺的应用也在一定程度上解决了高成本投入的问题。但与无机太阳电池相比，有机化合物太阳电池的光电转换效率仍然有待提高。根据有机化合物太阳电池的原理，当电池的光活性层厚度增大时，太阳辐射的吸收也会相应地增加，但厚度的增加会导致分离的电子和空穴由于未能及时传到对应电极而被复合，从而使得太阳电池的光电转换效率无法得到进一步提升。因此，有必要设计一种能够减少电子空穴复合的有机化合物太阳电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够减少电子空穴复合的有机太阳电池及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种有机太阳电池，太阳电池包括依次层叠设置的衬底层、阴极层、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层、阳极层，光活性层包括电子给体材料、电子受体材料和液晶添加剂，液晶添加剂为具有以下结构式中的至少一种：

其中，R₁、R₂分别独立选自具有1-5个碳原子的直链或支链烷烃；m、n分别独立选自0-4；当m为2、3、4中的任一种时，2个或以上的R₁可以为相同或不同；当n为2、3、4中的任一种时，2个或以上的R₂可以为相同或不同；即在两个苯环上的氢可以同时被一个或多个相同或不同的基团取代，这些基团选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、叔戊基等。

优选的，基于所述光活性层的总质量，所述光活性层包括[38-50]％的所述电子给体材料、[45.5-60]％的所述电子受体材料、(0-9]％的所述液晶添加剂，其中，“[”、“]”代表该值可以取到，“(”代表该值无法取到。

进一步优选的，液晶添加剂在光活性层中的质量百分比为(0-6]％。

更进一步优选的，液晶添加剂在光活性层中的质量百分比为[2-4]％。

优选的，m、n均为0。

优选的，电子给体材料为PCE-10或PBDB-T。

优选的，电子受体材料为PC₇₁BM或ITTC。

优选的，阴极缓冲层的材料包括TiOX、LiF、ZnO中的至少一种。