[发明专利]有机体异质结光伏电池及其制备方法

说明书

本发明提出了一类吩噻嗪类染料以及使用该吩噻嗪类染料的有机体异质结光伏电池及其制备方法，吩噻嗪类染料的分子结构通式(I)为：其中的R、Ar₁、Ar₂、Ar₃、Ar₄各自独立地选自氢原子、的直链烷基、的支链烷基、的酰胺基、的烷氧基以及相互之间没有影响的芳香烃基团中的任意一种。本发明通过在活性层中掺杂吩噻嗪类染料作为第三种材料，从而可利用吩噻嗪类染料吸光能力强的特点来弥补活性层对光捕获能力的不足，拓展了吸收光谱的范围，提高了对光的利用率，有效提升了光电流和器件功率转换效率。

技术领域

本发明涉及有机体异质结光伏电池及其制备方法，属于有机光电器件技术领域。

背景技术

随着煤炭、石油、天然气等化石能源日渐短缺，为了应对能源危机和环境问题，太阳能这种清洁、可再生、丰富的能源越来越受到人们的关注。光伏电池作为一种将太阳能转换为电能的装置，在近年来得到飞速的发展。其中有机光伏电池(OPV)具有成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等优点，具有广阔的发展和应用前景，已成为当今新材料和新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。当前，采用有机体异质结活性层的有机光伏电池效率能够达到12％，而采用串联叠层器件结构的有机光伏电池效率能够达到17％。有机材料中较短的激子扩散长度，以及较低的载流子迁移率，决定了光吸收活性层较薄，而较薄的光吸收活性层通常导致较低的光利用率，以致难以达到有效的电荷解离和传输。

在光伏电池中，提高对光能的利用效率，是增加其电能输出的重要方式。为了进一步增强OPV活性层对光的吸收，目前，三元体系活性层成为了研究的热点。与传统二元活性层相比，除了相同的给体材料和受体材料，三元体系中增加了掺杂的第三种材料，弥补了对光吸收不足的缺点。与串联电池相比，虽然二者都可以增加光的吸收，但是三元体系保留了二元体系电池便于制备的特点。

有鉴于此，确有必要提出有机体异质结光伏电池及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供有机体异质结光伏电池及其制备方法，以拓展吸收光谱的范围，提高对光的利用率和提升光电流和器件功率转换效率。

为实现上述目的，本发明提出了一类吩噻嗪类染料，所述吩噻嗪类染料的分子结构通式(I)为：

其中，R、Ar₁、Ar₂、Ar₃、Ar₄各自独立地选自氢原子、的直链烷基、的支链烷基、的酰胺基、的烷氧基以及相互之间没有影响的芳香烃基团中的任意一种。

可选的，所述芳香烃基团包括苯、萘、蒽和菲。

可选的，所述R选自氢原子、的直链烷基、的支链烷基、的酰胺基、的烷氧基。

可选的，所述R为2-乙基己基；所述Ar₁、Ar₂、Ar₃、Ar₄为氢原子；所述吩噻嗪类染料的分子结构通式(I)中的吩噻嗪基团与咔唑基团通过邻位苯进行连接，即形成具有结构式(II)的吩噻嗪类染料(oCBPTZ-b8)：

为实现上述目的，本发明还提供了一种有机体异质结光伏电池，包括衬底、阴极、阳极和活性层，所述活性层中掺杂了前述吩噻嗪类染料。

可选的，所述阳极由功函数较高的金属、金属氧化物、碳黑或导电聚合物构成；所述阴极是由功函数较低的金属或金属合金构成。

可选的，所述阳极为设有阳极修饰层的复合阳极，和/或所述阴极为设有阴极修饰层的复合阴极。