CN108365098A - 一种高效率的三元有机太阳电池 - Google Patents

一种高效率的三元有机太阳电池 Download PDF

Info

Publication number
CN108365098A
CN108365098A CN201810024413.1A CN201810024413A CN108365098A CN 108365098 A CN108365098 A CN 108365098A CN 201810024413 A CN201810024413 A CN 201810024413A CN 108365098 A CN108365098 A CN 108365098A
Authority
CN
China
Prior art keywords
organic photovoltaic
photovoltaic cell
layer
active layer
pcic
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
CN201810024413.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108365098B (zh
Inventor
陈红征
占玲玲
李水兴
施敏敏
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 CN201810024413.1A priority Critical patent/CN108365098B/zh
Publication of CN108365098A publication Critical patent/CN108365098A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108365098B publication Critical patent/CN108365098B/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
    • 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
    • H10K30/80—Constructional details
    • 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
    • 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

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种高效率的三元有机太阳电池，它包括衬底、阴极、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极，其中活性层为一种聚合物电子给体PBDB‑T与两种小分子电子受体HF‑PCIC和IEICO‑4F的共混膜。利用PBDB‑T、HF‑PCIC和IEICO‑4F三者互补的吸收，特别是借助于IEICO‑4F对活性层形貌的优化，本发明制备的三元有机太阳电池，实现了300‑1000nm宽光谱范围内的良好光电响应，相对于基于PBDB‑T:HF‑PCIC的二元有机太阳电池，短路电流密度的提升高达7.2mA/cm2，能量转换效率(PCE)最高为11.20％，远高于二元电池的8.82％。此外，三元有机太阳电池还表现出很低的能量损失(0.59eV)，从而使电池具有较高的开路电压。

Description

一种高效率的三元有机太阳电池
技术领域
本发明涉及太阳电池，尤其涉及一种高效率的三元有机太阳电池。
背景技术
传统的有机太阳电池的活性层是一种电子给体与一种电子受体组成的二元共混膜(二元有机太阳电池)。但是，由于有机类电子给体和电子受体具有非连续的能级结构，使得二元共混膜难以获得宽而强的光谱吸收范围，限制了电池对太阳光的吸收利用，短路电流密度无法与具有连续能级结构(能带)的无机太阳电池(如单晶硅和多晶硅太阳电池)相媲美。为此，人们在二元有机太阳电池中添加与原有二元共混膜吸收互补的第三组分(既可以是电子给体，也可以是电子受体)，使得到的三元有机太阳电池的光电响应光谱拓宽，或者原先吸收弱的谱段的吸光能力增强，从而短路电流密度增加，能量转换效率(PCE)也有一定的提升。
例如，中科院化学所的侯剑辉等人在基于电子给体J52和电子受体IT-M的二元有机太阳电池中，引入了在780-900nm范围内有强吸收的电子受体IEICO，将吸收边从二元电池的780nm拓展到三元电池的900nm，短路电流密度从17.1mA/cm2增加到19.7mA/cm2，PCE从9.4％提升到11.1％(Advanced Materials,2017,29,1700437)。又如，四川大学的彭强等人在基于电子给体PTB7-Th和电子受体SFBRCN的二元有机太阳电池中，添加中等带隙的电子给体PBDB-T，改善二元电池在某些短波长区间吸光能力不足的缺点，从而将短路电流密度从二元电池的17.11mA/cm2增加到三元电池的17.86mA/cm2，PCE从10.10％提升到12.27％(Advanced Materials,2017,29,1704271)。
上述成功的实例证明构筑三元电池是提高有机太阳电池PCE简单而且有效的方法。然而，我们也可以从上述例子中看出，目前的三元电池对光伏性能的改善程度还比较有限，特别是在短路电流密度上，增长率大于20％或增长绝对值大于5mA/cm-2的实例，还未见论文和专利报道。这是因为，有机太阳电池的活性层形貌，包括纳米级相分离结构和贯穿整个活性层的电荷传输通道等，对其光伏性能起着至关重要的作用。在二元共混膜中添加第三组分，容易造成原有良好形貌的破坏，影响光生电荷的产生和传输，从而限制了电池短路电流密度和效率的提升幅度。另一方面，为了拓宽吸光范围，三元电池中的第三组分势必为比原有二元材料体系带隙更窄的电子给体或受体，如在近红外区强吸收的材料，带隙的变窄意味着材料HOMO能级的升高与(或)LUMO能级的降低，因此极易造成电池开路电压的明显降低，从而也限制了三元电池效率的改善程度。所以，如何在三元有机太阳电池中大幅度增加短路电流密度，同时保持较高的开路电压，是一大挑战。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能大幅度增加短路电流密度的、同时具有较高开路电压的、高效率的三元有机太阳电池。
高效率的三元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，所述的活性层为一种电子给体与两种电子受体的共混膜。
所述的一种电子给体为PBDB-T，两种电子受体为HF-PCIC和IEICO-4F，化学结构式为：
其中，n通常取≥10。
所述的活性层中一种电子给体PBDB-T的重量与两种电子受体(HF-PCIC和IEICO-4F)总重量的比例为1.5:1～1:1.5，其中，IEICO-4F在电子受体总重量中的比例为10％～80％，活性层的厚度为50～300nm。
所述的活性层是采用含上述电子给体和电子受体的溶液成膜制得，在成膜时加入添加剂，添加剂为氯萘(CN)或1,8-二碘辛烷(DIO)，添加剂的体积为活性层溶液体积的0.2～2％。
所述的活性层经过退火处理，退火温度为80～200℃，退火时间为5～60min。
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电子受体IEICO-4F作为三元有机太阳电池的第三组分。IEICO-4F在700-1000nm的近红外区域内有强烈的吸收，它的加入，可有效拓宽基于PBDB-T:HF-PCIC共混膜的二元电池的吸收范围(附图1)，为三元电池短路电流密度的提高奠定了良好基础。更重要的是，电子受体HF-PCIC结晶性很强，这虽然有利于构筑贯穿整个活性层的高效电子传输通道，但相分离尺寸偏大，不利于光生电荷的产生，而添加了与HF-PCIC结构相似、相容性好但结晶性偏弱的第二种电子受体IEICO-4F后，可在一定程度上降低HF-PCIC的结晶度，形成有利于光生电荷产生的相分离尺寸，但又不影响高效电子传输通道的构筑；同时IEICO-4F还能诱导电子给体PBDB-T结晶度的增加，提高电池传输空穴的能力。因此，第三组分IEICO-4F的加入，不单没有破坏原有二元电池活性层的形貌，反而是三种组分的协同作用优化了形貌。从三元电池的外量子效率(EQE)谱图(附图2)看出，在任何一种组分的吸收波段，光电响应都得到了明显提高，从而在300-1000nm全吸收光谱范围内改善了光伏性能。此外，虽然IEICO-4F的带隙较窄，但光伏过程中的能量损失(材料带隙与电池开路电压的差值)很小，仅为0.59eV，远小于二元电池的0.80eV，因此三元电池拥有与二元电池接近的开路电压。由于上述优点，本发明制备的三元电池，获得了最高为23.46mA/cm2的短路电流密度和11.20％的PCE，相对于二元电池，短路电流密度实现了高达7.2mA/cm2的增加绝对值或44％的增长率，PCE也提高了27％。
附图说明
图1 PBDB-T、HF-PCIC和IEICO-4F三种组分的吸收光谱；
图2三元有机太阳电池的EQE谱图；
图3三元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100nm，制备时添加了占活性层溶液体积0.8％的氯萘(CN)，活性层中PBDB-T与受体(HF-PCIC和IEICO-4F)的总重量比为1:1.2，其中IEICO-4F在受体中的比例从0％变化到100％，且经过10min的110℃退火处理。
具体实施方式
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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1、总浓度为20mg/mL的PBDB-T、HF-PCIC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0.80V，短路电流密度为13.92mA/cm2，填充因子为44.49％，PCE为5.07％。
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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL的PBDB-T、HF-PCIC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0.78V，短路电流密度为14.00mA/cm2，填充因子为47.66％，PCE为5.34％。
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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1.5、总浓度为20mg/mL的PBDB-T、HF-PCIC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0.77V，短路电流密度为13.82mA/cm2，填充因子为46.01％，PCE为5.03％。
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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积0.5％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC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0.79V，短路电流密度为15.59mA/cm2，填充因子为64.01％，PCE为7.81％。
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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积0.8％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC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0.79V，短路电流密度为15.20mA/cm2，填充因子为64.54％，PCE为7.93％。
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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积1.0％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC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0.75V，短路电流密度为14.67mA/cm2，填充因子为64.54％，PCE为7.00％。
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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加体积占总体积0.8％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC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100℃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0.79V，短路电流密度为15.79mA/cm2，填充因子为67.35％，PCE为8.38％。
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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积0.8％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC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110℃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0.80V，短路电流密度为16.26mA/cm2，填充因子为68.44％，PCE为8.82％。
图3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PBDB-T:HF-PCIC重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积0.8％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC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120℃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0.78V，短路电流密度为15.90mA/cm2，填充因子为67.68％，PCE为8.61％。
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，将给受体总重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积0.8％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC、IEICO-4F混合液(受体中IEICO-4F的重量占比为25％)，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110℃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0.79V，短路电流密度为20.34mA/cm2，填充因子为63.01％，PCE为10.41％。
图3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，将给受体总重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积0.8％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC、IEICO-4F混合液(受体中IEICO-4F重量占比为35％)，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110℃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0.78V，短路电流密度为23.46mA/cm2，填充因子为60.99％，PCE为11.20％。
图3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，将给受体总重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积0.8％的氯萘(CN)的PBDB-T、HF-PCIC、IEICO-4F混合液(受体中IEICO-4F重量占比为45％)，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110℃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0.78V，短路电流密度为20.71mA/cm2，填充因子为60.02％，PCE为9.93％。
图3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PBDB-T:IEICO-4F重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL并添加了体积占总体积0.8％的氯萘(CN)的PBDB-T、IEICO-4F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110℃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0.74V，短路电流密度为19.43mA/cm2，填充因子为44.60％，PCE为6.64％。
图3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。

Claims (8)

1.一种高效率的三元有机太阳电池，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，所述的活性层为一种电子给体与两种电子受体的共混膜。
2.根据权利要求1所述的一种高效率的三元有机太阳电池，其特征在于，所述的一种电子给体为PBDB-T，两种电子受体为HF-PCIC和IEICO-4F，化学结构式为：
其中，n≥10。
3.根据权利要求2所述的一种高效率的三元有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层中电子给体PBDB-T的重量与两种电子受体HF-PCIC和IEICO-4F总重量的比例为1.5:1～1:1.5，其中，IEICO-4F在电子受体总重量中的比例为10％～80％。
4.根据权利要求1所述的一种高效率的三元有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层的厚度为50～300nm。
5.根据权利要求1所述的一种高效率的三元有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层采用含所述电子给体和电子受体的活性层溶液成膜制得，成膜时加入添加剂，添加剂为氯萘(CN)或1,8-二碘辛烷(DIO)。
6.根据权利要求5所述的一种高效率的三元有机太阳电池，其特征在于，所述的添加剂的体积为活性层溶液体积的0.2～2％。
7.根据权利要求1所述的一种高效率的三元有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层经过退火处理，退火温度为80～200oC，退火时间为5～60min。
8.根据权利要求1所述的一种高效率的三元有机太阳电池，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。
CN201810024413.1A 2018-01-10 2018-01-10 一种高效率的三元有机太阳电池 Active CN108365098B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810024413.1A CN108365098B (zh) 2018-01-10 2018-01-10 一种高效率的三元有机太阳电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810024413.1A CN108365098B (zh) 2018-01-10 2018-01-10 一种高效率的三元有机太阳电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108365098A true CN108365098A (zh) 2018-08-03
CN108365098B CN108365098B (zh) 2019-11-15

Family

ID=63011229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810024413.1A Active CN108365098B (zh) 2018-01-10 2018-01-10 一种高效率的三元有机太阳电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108365098B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109449297A (zh) * 2018-11-15 2019-03-08 山东大学 一种基于聚丙烯作为第三元的有机太阳能电池结构及其制备方法
CN110379926A (zh) * 2019-07-24 2019-10-25 浙江大学 一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池
CN110379927A (zh) * 2019-06-20 2019-10-25 华南师范大学 一种有机太阳电池及其制备方法
CN110690349A (zh) * 2019-10-09 2020-01-14 浙江大学 一种基于非富勒烯受体合金的高效三元有机太阳电池
WO2020109822A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Sumitomo Chemical Co., Ltd Photodetector composition

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106025073A (zh) * 2016-06-14 2016-10-12 苏州大学 一种以三元组分为活性层的有机太阳能电池
CN106876594A (zh) * 2017-03-31 2017-06-20 华南理工大学 一种半透明太阳电池器件及应用
CN107359243A (zh) * 2016-05-10 2017-11-17 北京师范大学 一种三元共混有机聚合物太阳能电池器件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107359243A (zh) * 2016-05-10 2017-11-17 北京师范大学 一种三元共混有机聚合物太阳能电池器件
CN106025073A (zh) * 2016-06-14 2016-10-12 苏州大学 一种以三元组分为活性层的有机太阳能电池
CN106876594A (zh) * 2017-03-31 2017-06-20 华南理工大学 一种半透明太阳电池器件及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RUNNAN YU等: ""TWO Well-Miscible Acceptors Work as one for efficient fullerene-Free Organic Solar Cells"", 《ADVANCED MATERIALS》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109449297A (zh) * 2018-11-15 2019-03-08 山东大学 一种基于聚丙烯作为第三元的有机太阳能电池结构及其制备方法
CN109449297B (zh) * 2018-11-15 2019-08-09 山东大学 一种基于聚丙烯作为第三元的有机太阳能电池结构及其制备方法
WO2020109822A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Sumitomo Chemical Co., Ltd Photodetector composition
US12082426B2 (en) 2018-11-30 2024-09-03 Sumitomo Chemical Co., Ltd. Photodetector composition
CN110379927A (zh) * 2019-06-20 2019-10-25 华南师范大学 一种有机太阳电池及其制备方法
CN110379926A (zh) * 2019-07-24 2019-10-25 浙江大学 一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池
CN110379926B (zh) * 2019-07-24 2021-07-06 浙江大学 一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池
CN110690349A (zh) * 2019-10-09 2020-01-14 浙江大学 一种基于非富勒烯受体合金的高效三元有机太阳电池
CN110690349B (zh) * 2019-10-09 2021-04-30 浙江大学 一种基于非富勒烯受体合金的高效三元有机太阳电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN108365098B (zh) 2019-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108365098B (zh) 一种高效率的三元有机太阳电池
CN108767118B (zh) 一种三元全聚合物太阳能电池
CN109904330B (zh) 一种基于钝化材料Me4NBr制备锡铅杂化钙钛矿太阳能电池的方法
CN109705534A (zh) 一种三元有机材料薄膜及其构筑的有机太阳电池和光探测器件
CN103560009B (zh) 多级孔TiO2/量子点/染料叠层薄膜太阳能电池光阳极及其制备方法
Li et al. Room-temperature sputtered aluminum-doped zinc oxide for semitransparent perovskite solar cells
CN106384784A (zh) 一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池
CN108550702A (zh) 半透明有机太阳能电池及其制法与在光伏农业大棚中的应用
CN111883659A (zh) 一种基于逐步沉积法制备的高效三元有机太阳电池
Wang et al. Planar heterojunction perovskite solar cells with TiO2 scaffold in perovskite film
CN112909182A (zh) 一种高效率半透明有机太阳能电池及其制备方法
CN113193120A (zh) 一种溴化钾掺杂的钙钛矿薄膜的制备方法及其应用
Kois et al. Glass/ITO/In (O, S)/CuIn (S, Se) 2 solar cell with conductive polymer window layer
CN109378388B (zh) 高效三元有机太阳能电池及其制备方法
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
Lee et al. Application of CBZ dimer, C343 and SQ dye as photosensitizers for pn-tandem DSCs
Hernández-Granados et al. Sb2 (SxSe1− x) 3 sensitized solar cells prepared by solution deposition methods
CN114824101A (zh) 一种基于星型分子的三元有机太阳能电池及其制备方法
CN115498108A (zh) 太阳能电池及其制备方法
Fang et al. CdSe/TiO2 nanocrystalline solar cells
Li et al. Transparent PEDOT counter electrodes for bifacial dye-sensitized solar cells using a cobalt complex mediator
Qi et al. Efficient ternary organic solar cells with high absorption coefficient DIB-SQ as the third component
CN207489882U (zh) 一种太阳能电池
CN105070837A (zh) 一种铱类配合物掺杂的三元太阳能电池
CN105006523A (zh) 铱类配合物掺杂的三元太阳能电池

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