[发明专利]一种有机光伏器件活性层的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种有机光伏器件活性层的制备方法及其应用，制备的有机光活性层包括由下向上依次顺序层叠的给体层、给体受体共混层和受体层。所述给体层、受体层通过柔性微结构刮涂法逐层制备，给体受体共混层利用低温退火过程中界面附近给体和受体分子相互扩散形成。本发明的优点是：受体材料和供体材料使用相同的溶剂逐层制备活性层，材料利用率接近100％，减少了材料浪费和环境污染，可控性和重复性高、且可应用于制备有机太阳能电池器件的制备，制备的有机太阳能电池器件性质稳定，适合大面积生产。

技术领域

本发明涉及有机光伏器件技术领域，具体涉及一种有机光伏器件活性层的制备方法及其应用。

背景技术

有机光伏电池可以采用低温溶液法制备，易于实现大面积低成本的卷对卷印刷，被认为是最有前途的光伏技术之一。有机光伏电池以有机材料作为光敏活性层，不含铅等有毒重金属离子，实验室中基于体异质结结构的小面积有机光伏器件光电转换效率已达18.22％(Science Bulletin 2020,65,272-275)，成为令人瞩目的下一代光伏技术。然而，体异质结形貌存在固有缺陷(Advanced Energy Materials 2016,6,1600699)，通常需要通过热退火、溶剂退火、或者采用化学溶剂添加剂等方式来实现，工艺过程复杂且可控性差，尤其是大面积制备时，难以对形貌进行控制，也难以保证形貌的可重复性，不利于工业化生产。

近来，研究人员，尤其是在非富勒烯有机光伏电池领域处于领先地位的国内一些研究组，已经注意到非富勒烯材料制备高性能平面异质结活性层的可能性，并开展了相关研究工作。侯剑辉课题组采用正交溶剂法制备的平面异质结非富勒烯有机光伏电池的效率达到13％(Advanced Materials 2018,30,1802499)，高于相应的体异质结活性层器件效率(11.8％)。这些结果表明基于非富勒烯受体的活性层有可能采用简洁的平面异质结来取代复杂的体异质结。因此从调控成膜过程优化活性层形貌，以及适用于产业化生产等方面考虑，通过用适合的工艺来制备平面异质结活性层，本申请发明人课题组发表的硕士论文“柔性多孔刮涂法制备非富勒烯有机太阳能电池”(May，2020)公开了一种具有较高功率转换效率的基于非富勒烯受体活性层制备的平面异质结活性层器件，在此基础上本申请发明人课题组认为基于非富勒烯受体活性层制备的平面异质结活性层器件的功率转换效率还需进一步提高，制备成本需进一步降低。

发明内容

本发明的目的在于通过对柔性微结构刮涂过程的控制，实现对异质结薄膜形貌的良好控制提高器件的功率转换效率、通过溶剂的选择和制备条件的优化，进一步降低制备成本。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种有机光伏器件活性层的制备方法，采用柔性微结构刮片逐层刮涂制备有机光伏器件活性层，包括给体层、受体层和界面附近给体分子、受体分子扩散形成的给体受体共混层。

本发明所述的一种有机光伏器件活性层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称取一定质量的给体材料使其溶于氯二甲苯/氯仿混合溶剂，密封后搅拌四小时以上，使其充分溶解，得到给体溶液，优选的给体材料为聚合物材料：喹喔啉噻吩聚合物-PTQ-10(英文缩写：PTQ10)，PM6，优选的混合溶剂为氯仿和邻二甲苯。

步骤二：称取一定质量的受体材料使其溶于步骤一中同种氯二甲苯/氯仿混合溶剂，密封后搅拌四小时以上，使其充分溶解，得到受体溶液，优选受体材料为非富勒烯小分子材料Y6-BO，Y6。

步骤三：根据基片的大小，准备柔性微结构介质刮片。

步骤四：使用储液器吸取给体溶液，连接刮片与储液器，使储液器为刮片供液，调节基板温度为(50～70)℃，调节柔性微结构刮片使其与基片接触，以(20～30)mm/s的刮涂速度将给体溶液涂覆成膜。