CN107275490A - 一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池 - Google Patents

一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池 Download PDF

Info

Publication number
CN107275490A
CN107275490A CN201710409496.1A CN201710409496A CN107275490A CN 107275490 A CN107275490 A CN 107275490A CN 201710409496 A CN201710409496 A CN 201710409496A CN 107275490 A CN107275490 A CN 107275490A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
photovoltaic cell
organic photovoltaic
dfpcic
electron acceptor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710409496.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107275490B (zh
Inventor
施敏敏
李水兴
占玲玲
陈红征
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201710409496.1A priority Critical patent/CN107275490B/zh
Publication of CN107275490A publication Critical patent/CN107275490A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107275490B publication Critical patent/CN107275490B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6576—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only sulfur in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. benzothiophene
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池，它包括衬底、阴极、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极，其中活性层为电子给体和电子受体的共混膜，电子给体是PBDB‑T，电子受体是环戊双噻吩衍生物DFPCIC。利用DFPCIC良好的分子平面性和合适的能级结构等特性，本发明制备的有机太阳电池同时具有高的开路电压、短路电流密度和填充因子，能量转换效率(PCE)最高为10.14％。同时，基于PBDB‑T:DFPCIC的有机太阳电池还表现出优异的热稳定性。此外，DFPCIC容易合成，有利于降低有机太阳电池的成本。

Description

一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池
技术领域
本发明涉及太阳电池，尤其涉及一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池。
背景技术
目前，有机太阳电池的活性层一般都是电子给体和电子受体的共混膜。传统的电子受体是富勒烯衍生物，如PC61BM和PC71BM等，但它们吸光弱、能级结构无法大幅度调控以及分子间容易团聚等缺点，限制了有机太阳电池效率和稳定性的提高。为此，人们正在大力开发非富勒烯电子受体，将其应用于有机太阳电池领域。
例如，北京大学的占肖卫等人以引达省并二噻吩并噻吩(IDTT)为中心单元，两边通过碳碳双键与吸电子性的氰基茚酮(IC)端基相连，得到非富勒烯受体的明星分子ITIC(Advanced Materials,2015,27,1170)。中科院化学所的侯剑辉等人将ITIC与给体材料PBDB-T共混制备的有机太阳电池，能量转换效率 (PCE)超过11％(Advanced Materials,2016,28,4734)；他们还对ITIC末端的 IC基团进行甲基修饰，得到非富勒烯受体IT-M，抬升了受体材料的LUMO能级，从而增加了电池的开路电压，使有机太阳电池的PCE达到12.05％(Advanced Materials,2016,28,9423)。最近，侯剑辉等人又在给体材料PBDB-T中引入氟原子和硫原子，以及对ITIC进行氟代修饰，得到新型给体材料PBDB-T-SF和非富勒烯受体IT-4F，两者的共混膜，比ITIC:PBDB-T共混膜具有更强和更宽的吸收光谱，同时迁移率更高，因此电池的短路电流密度大幅提高，PCE达到目前有机太阳电池最高的13.1％(Journal ofthe American Chemical Society,DOI: 10.1021/jacs.7b02677)。
以上高性能的非富勒烯受体都以全稠环体系的IDTT为中心单元，而IDTT 要经过复杂的多步化学反应才能合成(Chemical Communications,2010,46,6503； AdvancedMaterials,2012,24,6356)，而且产率不高，这就直接增加了受体材料的制备成本，不利于有机太阳电池的实际应用。另外，这些非富勒烯受体都在 IDTT单元上引入了结构规整的4-己基苯基作为侧链，所以得到的非富勒烯受体都是结晶的。从理论上讲，有机太阳电池工作时吸光受热，这些非富勒烯受体就会发生分子间聚集结晶，活性层中产生大的相分离，导致激子分离效率下降，光伏性能变劣，相关有机太阳电池的热稳定性值得考虑。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种材料容易合成的、具有优异热稳定性的、以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池。
以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池包括衬底、阴极、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极，所述的活性层为电子给体和电子受体的共混膜。
所述的电子给体为PBDB-T；电子受体为环戊双噻吩衍生物DFPCIC，化学结构式为：
所述的活性层中PBDB-T与DFPCIC的重量比为1.5:1～1:1.5，活性层的厚度为80～150nm。
所述的活性层在成膜时加入添加剂，添加剂为氯萘，添加剂的体积为活性层溶液体积的0.2～2％，所述的活性层溶液为PBDB-T:DFPCIC混合液。
所述的活性层经过退火处理，退火温度为100～200℃，退火时间为5～30 min。
所述的衬底为玻璃；所述的阴极为ITO；所述的阴极修饰层为ZnO和PFN；所述的阳极修饰层为MoO3；所述的阳极为Ag。
本发明的优点在于采用环戊双噻吩衍生物DFPCIC作为有机太阳电池的电子受体。DFPCIC的中心单元是二氟苯与两个环戊双噻吩单元通过单键相连，利用苯环上氟原子与噻吩环上氢原子的氢键作用，就可以达到全稠环体系IDTT良好分子平面性的效果。由于采用了结构简单的廉价化学原料，以及不须经过闭环反应，因此DFPCIC容易合成、成本低。另外，环戊双噻吩上的取代基是分叉的碳链2-乙基己基，所得的DFPCIC是无定型固体，受热时不会发生分子间聚集结晶，确保有机太阳电池具有优异的热稳定性。最后，DFPCIC的分子结构与ITIC基本类似，因此也继承了ITIC在600-800nm范围内强烈的吸光能力、合适的能级结构和高的电子迁移率等优点，以DFPCIC为电子受体的有机太阳电池，同样具有突出的光伏性能，PCE超过10％。
附图说明
图1有机太阳电池在光照下的电流-电压曲线。该电池的活性层厚度为100 nm，制备时添加了占活性层溶液体积0.5％的氯萘，活性层中PBDB-T与 DFPCIC的重量比为1:1.2，且经过10min的130℃退火处理。
图2 PBDB-T:DFPCIC共混膜和PBDB-T:PC71BM共混膜在180℃下热处理不同时间后的光学显微镜照片。
图3基于PBDB-T:DFPCIC和PBDB-T:PC71BM共混膜的有机太阳电池分别在130、150和180℃下热处理，电池的PCE随着热处理时间的变化曲线。
具体实施方式
实施例1
以简单易得的环戊双噻吩作为最初的化学原料，通过引入烷基侧链、单边接上有机锡基团、与二氟苯基团偶联、两边接上醛基和最后的与IC端基相连，总共五步化学反应得到目标产物DFPCIC，具体的合成路线如下所示：
DFPCIC具体的合成步骤为：
(1)中间体2的合成
将1.78g环戊双噻吩、4g溴代乙基己基、1.84g KOH和0.24g KI溶解在 40mL二甲亚砜(DMSO)中，在室温下搅拌过夜。反应液用乙醚萃取，收集有机相，用水洗3次，旋蒸去除溶剂，粗产物用硅胶柱以正己烷为洗脱剂进行提纯，得到3.1g中间体2(淡黄色液体，产率77％)。
(2)中间体3的合成
将2.77g中间体2溶解在30mL四氢呋喃(THF)中，然后在氮气氛围和-78 ℃的温度下，逐滴加入3.3mL摩尔浓度为2.4M的n-BuLi的THF溶液。所得混合物在-78℃搅拌2小时后，将8mL摩尔浓度为1M的三甲基氯化锡的THF 溶液一次性加入，然后混合物缓慢升至室温，并搅拌过夜。反应结束后，将反应液倒入水中，并用二氯甲烷进行萃取。所得有机相旋蒸后，得到3.5g中间体 3(红棕色油状物，产率90％)。
(3)中间体4的合成
将1.87g中间体3、0.41g 1,4-二溴-2,5-二氟苯、50mL甲苯和5mL N,N’- 二甲基甲酰胺(DMF)加入两口圆底烧瓶中，所得混合溶液用液氮进行冷冻，然后进行三次抽真空充氮气的循环，在氮气保护下，加入50mg Pd(PPh3)4作为催化剂，再进行三次抽真空充氮气的循环，接着解冻，并在110℃加热回流24 小时。粗产物用二氯甲烷萃取并水洗，旋蒸去除溶剂，粗产物用硅胶柱以正己烷为洗脱剂进行提纯，得到1.25g中间体4(红色油状物，产率91％)。
(4)中间体5的合成
将1.12g中间体4溶解在30mL四氢呋喃(THF)中，然后在氮气氛围和-78 ℃的温度下，逐滴加入1.5mL摩尔浓度为2.4M的n-BuLi的THF溶液。所得混合物在-78℃搅拌1小时后，快速加入0.5mL DMF，然后混合物缓慢升至室温，并搅拌过夜。反应结束后，将反应液倒入水中，并用二氯甲烷进行萃取。旋蒸去除溶剂，所得粗产物用硅胶柱以正己烷/二氯甲烷混合液(1:1)为第一洗脱剂，以二氯甲烷/乙酸乙酯混合液(50:1)为第二洗脱剂，进行提纯，得到0.51 g中间体5(红色固体，产率44％)。
(5)DFPCIC的合成
将0.3g中间体5、0.58g氰基茚酮(IC)和50mL干燥过的氯仿加入两口圆底烧瓶中，所得混合溶液用液氮进行冷冻，然后进行三次抽真空充氮气的循环。解冻后，在氮气氛围下，加入0.6mL吡啶，所得混合物在65℃加热回流12小时。反应结束后，旋蒸去除溶剂，所得粗产物用硅胶柱以正己烷/二氯甲烷混合液(1:6)为洗脱剂进行提纯，得到0.25g终产物DFPCIC(深绿色固体，产率63％)。
用循环伏安(CV)方法测得DFPCIC的LUMO能级为-3.77eV，HOMO能级为-5.49eV，相应的电化学带隙为1.72eV；用吸收光谱测得薄膜状态下， DFPCIC的两个吸收峰分别位于645和696nm处，吸收带边为781nm，光学带隙为1.59eV。
实施例2
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1.5:1、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm 厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6 mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.96V，短路电流密度为12.81mA/cm2，填充因子为43.37％，能量转换效率(PCE)为5.37％。
实施例3
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm 厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6 mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.93V，短路电流密度为13.95mA/cm2，填充因子为47.43％，PCE为6.16％。
实施例4
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm 厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6 mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.92V，短路电流密度为14.22mA/cm2，填充因子为47.83％，PCE为6.21％。
实施例5
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.5、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm 厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6 mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.92V，短路电流密度为13.56mA/cm2，填充因子为48.95％，PCE为6.04％。
实施例6
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行130℃热退火处理10分钟。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm厚的MoO3界面层和100nm 厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.91V，短路电流密度为15.13mA/cm2，填充因子为51.92％，PCE为7.27％。
实施例7
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行180℃热退火处理10分钟。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm厚的MoO3界面层和100nm 厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.85V，短路电流密度为15.86mA/cm2，填充因子为68.25％，PCE为9.10％。
实施例8
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、添加了0.2％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.93V，短路电流密度为14.94mA/cm2，填充因子为52.53％，PCE为7.17％。
实施例9
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、添加了0.5％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.95V，短路电流密度为13.38mA/cm2，填充因子为63.10％，PCE为8.10％。
实施例10
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、添加了0.8％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.96V，短路电流密度为11.63mA/cm2，填充因子为63.26％，PCE为7.24％。
实施例11
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、添加了0.5％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以1800rpm的转速，旋涂60秒，得到一层110nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行130℃热退火处理10分钟。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm 厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6 mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.92V，短路电流密度为16.21mA/cm2，填充因子为62.86％，PCE为9.29％。
实施例12
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、添加了0.5％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行130℃热退火处理10分钟。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm 厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6 mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.91V，短路电流密度为15.66mA/cm2，填充因子为72.07％，PCE为10.14％。
图1给出了该器件在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下的电流-电压曲线。
实施例13
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为1:1.2、添加了0.5％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2200rpm的转速，旋涂60秒，得到一层90nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行130℃热退火处理10分钟。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.92V，短路电流密度为15.73mA/cm2，填充因子为66.88％，PCE为9.65％。
实施例14
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、添加了0.5％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行180℃热退火处理10分钟。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm 厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6 mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线，从中得到开路电压为0.88V，短路电流密度为15.35mA/cm2，填充因子为69.79％，PCE为9.60％。
实施例15
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、添加了0.5％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对所获得的活性层分别在180℃下热处理不同时间(0-3小时)，处理完后，对相应的薄膜形貌，用光学显微镜进行观察记录，确认其形貌的热稳定性。
图2给出了相应薄膜(PBDB-T:DFPCIC共混膜)在180℃热处理不同时间后的光学显微镜照片。
实施例16
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1.2、添加了0.5％的氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCIC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行130℃热退火处理10分钟。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm 厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6 mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线。之后对制备的器件，分别在130、150和180℃下热处理不同时间，再测试相应的器件效率，以确认其器件的热稳定性。
图3给出了上述相应器件(以PBDB-T:DFPCIC共混膜为活性层)分别在 130、150和180℃下热处理不同时间后，其PCE随着热处理时间的变化曲线。
对比实施例1
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1、添加了3％的1,8-二碘辛烷(DIO)、总浓度为12.5mg/mL的PBDB-T:PC71BM 混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对所获得的活性层分别在180℃下热处理不同时间(0-3小时)，处理完后，对相应的薄膜形貌，用光学显微镜进行观察记录，确认其形貌的热稳定性。
图2给出了相应薄膜(PBDB-T:PC71BM)在180℃热处理不同时间后的光学显微镜照片。
对比实施例2
将表面刻蚀有条状ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗后，烘干，再用紫外臭氧处理15分钟；然后在导电玻璃表面上旋涂一层ZnO，转速为3500rpm，旋涂时间为60秒，然后在170℃退火处理20分钟。接着将片子转移到手套箱中，并用0.4mg/mL的PFN溶液在 ZnO上旋涂一层PFN，转速为3000rpm，旋涂时间为60秒。之后，将重量比为 1:1、添加了3％的1,8-二碘辛烷(DIO)、总浓度为12.5mg/mL的PBDB-T:PC71BM 混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层100nm厚的活性层。最后，用蒸镀仪分别蒸镀一层10nm厚的MoO3界面层和100nm厚的Ag电极(阳极)，从而得到一个有效面积为6mm2的有机太阳电池。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流-电压曲线。之后对制备的器件，分别在130、150和180℃下热处理不同时间，再测试相应的器件效率，以确认其器件的热稳定性。
图3给出了上述相应器件(以PBDB-T:PC71BM共混膜为活性层)分别在130、150和180℃下热处理不同时间后，其PCE随着热处理时间的变化曲线。

Claims (6)

1.一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池，包括衬底、阴极、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极，其特征在于，所述的活性层为电子给体和电子受体的共混膜。
2.根据权利要求1所述的一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池，其特征在于，所述的电子给体为PBDB-T；电子受体为环戊双噻吩衍生物DFPCIC，化学结构式为：
3.根据权利要求2所述的一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层中PBDB-T与DFPCIC的重量比为1.5:1～1:1.5，活性层的厚度为80～150nm。
4.根据权利要求2所述的一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层在成膜时加入添加剂，添加剂为氯萘，添加剂的体积为活性层溶液体积的0.2～2％，所述的活性层溶液为PBDB-T:DFPCIC混合液。
5.根据权利要求1所述的一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层经过退火处理，退火温度为100～200℃，退火时间为5～30min。
6.根据权利要求1所述的一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池，其特征在于：所述的衬底为玻璃；所述的阴极为ITO；所述的阴极修饰层为ZnO和PFN；所述的阳极修饰层为MoO3；所述的阳极为Ag。
CN201710409496.1A 2017-06-02 2017-06-02 一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池 Active CN107275490B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710409496.1A CN107275490B (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710409496.1A CN107275490B (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107275490A true CN107275490A (zh) 2017-10-20
CN107275490B CN107275490B (zh) 2019-03-29

Family

ID=60064482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710409496.1A Active CN107275490B (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107275490B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108365097A (zh) * 2018-01-03 2018-08-03 浙江大学 一种基于氟代电子给体和氟代电子受体的高效有机太阳电池
CN108682742A (zh) * 2018-05-25 2018-10-19 浙江大学 一种高效率的有机太阳电池
CN108864137A (zh) * 2018-08-30 2018-11-23 南方科技大学 一种受体化合物、制备方法、用途以及含有其的光伏电池
CN109293693A (zh) * 2018-11-19 2019-02-01 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种新型的二噻吩并硅杂环戊二烯有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用
CN109585658A (zh) * 2018-12-11 2019-04-05 浙江大学 一种高效率的基于聚（3-己基噻吩）的有机太阳电池
CN110518120A (zh) * 2018-05-22 2019-11-29 中国科学院化学研究所 一种固体添加剂及其在有机太阳能电池中的应用
CN110854273A (zh) * 2019-11-21 2020-02-28 电子科技大学 一种有机体异质结掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111712928A (zh) * 2017-11-06 2020-09-25 密西根大学董事会 有机光伏电池及其非富勒烯受体

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011028829A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Plextronics, Inc. Organic electronic devices and polymers, including photovoltaic cells and diketone-based and diketopyrrolopyrrole-based polymers
CN102260369A (zh) * 2010-05-26 2011-11-30 海洋王照明科技股份有限公司 含环戊二烯二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物及其制备方法和应用
CN103159926A (zh) * 2011-12-09 2013-06-19 海洋王照明科技股份有限公司 异靛基共聚物有机半导体材料及其制备方法和应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011028829A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Plextronics, Inc. Organic electronic devices and polymers, including photovoltaic cells and diketone-based and diketopyrrolopyrrole-based polymers
CN102260369A (zh) * 2010-05-26 2011-11-30 海洋王照明科技股份有限公司 含环戊二烯二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物及其制备方法和应用
CN103159926A (zh) * 2011-12-09 2013-06-19 海洋王照明科技股份有限公司 异靛基共聚物有机半导体材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张飞: "非富勒烯小分子受体材料的研究及光伏应用", 《CNKI中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111712928B (zh) * 2017-11-06 2023-12-12 密西根大学董事会 有机光伏电池及其非富勒烯受体
CN111712928A (zh) * 2017-11-06 2020-09-25 密西根大学董事会 有机光伏电池及其非富勒烯受体
CN108365097A (zh) * 2018-01-03 2018-08-03 浙江大学 一种基于氟代电子给体和氟代电子受体的高效有机太阳电池
CN108365097B (zh) * 2018-01-03 2019-07-02 浙江大学 一种基于氟代电子给体和氟代电子受体的高效有机太阳电池
CN110518120B (zh) * 2018-05-22 2021-04-06 中国科学院化学研究所 一种固体添加剂及其在有机太阳能电池中的应用
CN110518120A (zh) * 2018-05-22 2019-11-29 中国科学院化学研究所 一种固体添加剂及其在有机太阳能电池中的应用
CN108682742B (zh) * 2018-05-25 2019-11-26 浙江大学 一种高效率的有机太阳电池
CN108682742A (zh) * 2018-05-25 2018-10-19 浙江大学 一种高效率的有机太阳电池
CN108864137A (zh) * 2018-08-30 2018-11-23 南方科技大学 一种受体化合物、制备方法、用途以及含有其的光伏电池
CN108864137B (zh) * 2018-08-30 2021-12-10 南方科技大学 一种受体化合物、制备方法、用途以及含有其的光伏电池
CN109293693A (zh) * 2018-11-19 2019-02-01 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种新型的二噻吩并硅杂环戊二烯有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用
CN109293693B (zh) * 2018-11-19 2021-03-30 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种新型的二噻吩并硅杂环戊二烯有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用
CN109585658A (zh) * 2018-12-11 2019-04-05 浙江大学 一种高效率的基于聚（3-己基噻吩）的有机太阳电池
CN110854273A (zh) * 2019-11-21 2020-02-28 电子科技大学 一种有机体异质结掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107275490B (zh) 2019-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107275490B (zh) 一种以环戊双噻吩衍生物为电子受体的有机太阳电池
CN106543201A (zh) 一种基于取代茚并噻吩稠环单元的a‑d‑a型共轭分子及其制备方法
CN107759621B (zh) 一种含有并噻吩（并硒吩）修饰的光电化合物及其制备方法和用途
CN106565664B (zh) 一种基于茚[1,2-b]并芴单元的A-D-A共轭小分子及其在光电器件中的应用
CN110483745B (zh) 一种两亲性共轭聚合物及其在制备反向钙钛矿太阳能电池中的应用
CN105017264B (zh) 一种有机小分子光电功能材料及其制备方法
CN104073017B (zh) 有机染料敏化剂、制备方法及在光电转换中的应用
CN109265410B (zh) 一种以吩噁嗪为核心结构的空穴传输材料及其合成方法和应用
CN108682742B (zh) 一种高效率的有机太阳电池
CN109232604A (zh) 稠环非富勒烯受体材料及其制备方法、有机太阳能电池
CN109438415A (zh) 一种非稠合电子受体材料、制备方法及其构筑的有机太阳能电池
CN110194778B (zh) 一种多臂结构有机光伏材料及其制备方法与应用
CN113880862B (zh) 一种具备协同组装特性的非富勒烯受体及其制备方法与应用
CN113549169B (zh) 一种苯基芴胺类聚合物空穴传输材料及其制备方法和应用
CN108659020B (zh) 窄带隙电子受体材料及其构成的有机太阳电池
CN111261786B (zh) 一种基于不对称封端电子受体的高效有机太阳电池
CN110964040B (zh) 基于苯并氧族二唑的受体材料及其制备方法和应用
CN106800556A (zh) 一种立体的三苯胺类空穴传输材料的结构、合成及应用
CN112961169A (zh) 一种酰亚胺化合物及其制备方法和钙钛矿太阳能电池应用
CN109232527A (zh) 自掺杂型富勒烯吡啶盐电子传输材料及其构成的有机太阳电池
CN113912627B (zh) 有机太阳能电池受体材料及其制备方法、有机太阳能电池
CN103865044B (zh) 含环戊二烯二噻吩和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物及其制备方法和应用
CN105153182B (zh) 一种5‑烷基‑2,3‑二氢苯并呋喃‑c60富勒烯双加成物及其制备方法和用途
CN108365097B (zh) 一种基于氟代电子给体和氟代电子受体的高效有机太阳电池
CN110982047B (zh) 一类引达省并二呋喃基有机太阳能电池给体材料、其制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant