[发明专利]一种非稠合电子受体材料及其构筑的有机太阳能电池

说明书

本发明公开了一种非稠合电子受体材料及其构筑的有机太阳能电池，它包括衬底、阴极、电子传输层、活性层、阳极修饰层和阳极，其中活性层为聚合物给体和非稠合电子受体的共混膜。通过在中间噻吩基团引入二维的苯基侧链实现对非稠环分子的光电性能优化，基于本发明受体材料制备的有机太阳电池具有很高的开路电压V_OC(0.93–0.95V)和拓宽的光谱响应范围(300‑850nm)，能量转换效率(PCE)最高可达到12.76％，相比于传统的基于烷基侧链的非稠合电子受体，本发明实现了能量转换效率120％提升，具有应用前景。

技术领域

本发明属于能源材料领域，尤其涉及一种非稠合电子受体材料及其有机太阳能电池应用。

背景技术

近年来，有机非富勒电子受体材料及其构筑的太阳能电池发展迅速，单结器件的最高效率已经超过18％(Adv.Mater.2021,2007231)。但是，高效的非富勒烯受体都包含多元稠环的共轭结构，稠环电子受体分子具有刚性平面共轭结构(Nat.Mater.2018,17,119；Nat.Rev.Mater.2018,3,18003)。然而，稠环类分子合成和提纯步骤繁琐，显著增加材料合成成本，不利于达成有机光伏效率与成本的综合平衡。

发明内容

本发明克服了现有稠环非富勒烯受体合成繁琐的缺点，提供一种结构简单、易合成的非稠合电子受体材料，通过非共价键作用来促进分子骨架的平面化，极大降低分子合成复杂度，还能赋予结构简单的受体分子优异的光电性质，相应的太阳电池仍能保持高光电转化效率。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种非稠合电子受体材料，其分子结构为A-B-D-B-A形式；

所述D为如下化学结构式中的一种，作为给体基团：

所述B为如下化学结构式中的一种，作为桥连基团：

所述A为如下化学结构式中的一种，作为受体基团：

式中，R₁及R₂为修饰基团。

作为优选，所述的修饰基团R₁包括H、C1-C17的直链烷基及C3-C17的支链烷基。

进一步优选的，所述的修饰增溶基团R₁为：

作为优选，所述的修饰基团R₂包括H、C1-C17的直链烷基及C3-C17的支链烷基，C1-C17的直链烷氧基、C3-C17的支链烷氧基。

进一步优选的，所述的修饰增溶基团R₂为：

第二方面，本发明还提供了一种有机太阳能电池，其中的活性层包括供体材料及如第一方面任一所述的非稠合电子受体材料。

作为优选，所述活性层为供体材料及非稠合电子受体材料的共混膜；其中供体材料化学结构式如下所示：

作为优选，所述活性层中供体材料与非稠合电子受体材料的质量比为1：5～5：1，活性层的厚度为40～1000nm。

进一步优选的，活性层经过退火处理，退火温度为20～250℃，退火时间为1～60min。

作为优选，所述有机太阳能电池为层状结构，其顺序由下至上分别为衬底、阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极。