[发明专利]一种高效有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开一种高效有机太阳能电池及其制备方法，该有机太阳能电池为反型结构，从下到上依次为：衬底层、透明导电阴极、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层及金属阳极；其中光活性层由聚合物电子给体、电子受体和两亲性小分子添加剂组成。本发明采用一种新型两亲性小分子添加剂按照一定重量比加入有机太阳能电池的活性层来辅助提升其光电转换性能。两亲性小分子添加剂用于调控活性层的微观形貌，使活性层有序结晶，促进给受体π‑π堆叠，形成网络互穿的微观结构，有利于激子分离和电荷传输，同时有效提升了器件稳定性。按本发明方法制备的有机太阳能电池光电转换效率提升7～22％左右。

技术领域

本发明涉及一种有机太阳能电池及其制备方法，具体涉及一种两亲性小分子添加剂用于光活性层的方法，属于光伏技术领域。

背景技术

本体异质结(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)作为一种有前途的绿色可再生能源技术，由于其具有重量轻、成本低、制备简单并且具备大面积制备柔性太阳能电池等优点，渐渐成为了人们研究的热点。目前，单结电池的最高的光电功率转换效率(PCE)已经超过17％。但与无机太阳能电池相比，能量转换效率低、寿命短和稳定性较差等缺点成为制约其商业化的主要因素。其中，活性层的形貌在BHJ有机太阳能电池中起着重要的作用，如何精确调控异质结相分离，微观薄膜结晶尺寸，给受体分子取向成为限制器件效率和稳定性的重要因素。

为了克服这些问题，实现高效率的有机太阳能电池，一种有效的方法是在活性层中引入添加剂有效调控薄膜形貌。通常，包括溶剂添加剂、固体添加剂被用于调控活性层微观形貌从而提升电池性能。溶剂添加剂可以提升器件效率，但是重复性和稳定性较差；固体添加剂只针对一部分活性层材料具有积极作用，不具备普遍性。因此，如何选择高效的添加剂是提升有机太阳能电池光电转换效率的关键。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种高效有机太阳能电池及其制备方法，以解决有机太阳能电池稳定性差，效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高效有机太阳能电池，该有机太阳能电池为反型结构，从下到上依次为：衬底层、透明导电阴极、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层及金属阳极；其中光活性层由聚合物电子给体、电子受体和两亲性小分子添加剂组成。

作为优选，所述两亲性小分子添加剂是非离子型表面活性剂，优选为十二烷基甘油乙酸酯DGI。

作为优选，所述光活性层中聚合物电子给体、电子受体及两亲性小分子添加剂的重量比为1：1：(0～0.2)。

作为优选，所述电子给体材料为窄带系聚合物电子给体，优选为聚噻吩衍生物。

作为优选，所述电子受体材料为富勒烯衍生物或小分子受体。

作为优选，所述阳极缓冲层的材料为具有空穴传输能力或电子阻挡能力的有机化合物或金属氧化物，优选为氧化钼MoO₃、掺铝氧化锌AZO、氧化锌ZnO及二氧化钛TiO₂的一种或多种；阳极缓冲层厚度为1～200nm。

作为优选，所述阴极缓冲层材料为具有电子传输能力或空穴阻挡能力的有机化合物或金属氧化物，如氧化锌ZnO，阴极缓冲层厚度为1～200nm。

作为优选，所述衬底层材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲醋、聚碳酸醋、聚氨基甲酸醋、聚酞亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的一种或多种。

作为优选，所述透明导电阴极为在可见光区透明或半透明的导电材料，透光率大于50％。

作为优选，所述金属阳极材料为金、银、铂、铜、铝中的一种。