CN108682742A - 一种高效率的有机太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效率的有机太阳电池，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DFPCNC。DFPCNC具有良好的分子平面性和合适的能级结构，特别是DFPCNC末端的萘环氰基茚酮单元增强了整个分子的共轭程度，拓宽了吸光光谱，也促进了分子之间的π‑π堆积，提高了电子迁移率，因此，本发明制备的有机太阳电池同时具有高的短路电流密度和高的填充因子，能量转换效率(PCE)最高为11.63％。此外，DFPCNC容易合成，有利于降低有机太阳电池的成本。

Description

一种高效率的有机太阳电池
技术领域
本发明涉及太阳电池，尤其涉及一种高效率的有机太阳电池。
背景技术
近年来，针对有机太阳电池传统的电子受体——富勒烯衍生物存在的吸光弱、能级结构无法大幅度调控等弊病，人们开发了一系列A-D-A型的非富勒烯受体，借助于中心给电子单元(D)与两边吸电子单元(A)之间的分子内电荷转移(ICT)作用以及设计不同的D单元和A单元，有效增强了电子受体的吸光能力并实现了能级结构的高度可调，从而极大地提高了有机太阳电池的效率。
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，在世界上最早报道了该类非富勒烯受体的一个明星分子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，短路电流密度为16.81mA/cm2，填充因子为0.742，能量转换效率(PCE)为11.21％，远超基于富勒烯受体PC71BM电池的7.45％(Advanced Materials,2016,28,4734)。最近，侯剑辉等人又在ITIC的IC端基上引入强吸电子性的氟原子，加强了ICT作用，也促使非富勒烯受体分子间形成强的π-π共轭作用，由此得到的新型非富勒烯受体IT-4F，相对于ITIC，具有更强和更宽的吸收光谱以及更高的电子迁移率(Journal of the American Chemical Society,2017,139,7148)。因此，IT-4F与氯代的给体材料PBDB-T-2Cl共混制备的有机太阳电池，短路电流密度大幅提高至21.80mA/cm2，填充因子高达0.77，PCE达到目前有机太阳电池的最高值14.4％(Advanced Materials,2018,1800868)。
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，合成困难，成本高，不利于有机太阳电池的推广应用。为此，中国专利201710409496.1公开了一种以非稠环的二氟苯为中心单元的非富勒烯电子受体DFPCIC，合成简单，但是其吸电子性端基是未氟代的氰基茚酮，ICT作用不够强，吸收带边仅为781nm，电子迁移率也偏小，为2.6×10-5cm2V- 1s-1。所以，以DFPCIC为电子受体的有机太阳电池，PCE为10.14％，短路电流密度只有15.66mA/cm2，有待进一步提高。
另一方面，在非富勒烯受体的端基上进行氟代修饰，虽然提高了其吸光性能和电子迁移率，但也造成能级下降，必须选择合成困难的氟代或氯代的给体材料，如PBDB-TF和PBDB-T-2Cl等与之匹配，增加了有机太阳电池的材料成本，不利于今后的产业化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高效率的有机太阳电池，其所需材料容易合成，且能有效增强吸光能力和电子迁移率。
本发明高效率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DFPCNC，化学结构式为：
所述的活性层中PBDB-T与DFPCNC的重量比为1.5:1～1:1.5，活性层的厚度为80～150nm。
所述的活性层是通过含PBDB-T与DFPCNC的活性层溶液(溶剂可采用氯仿等)成膜制得，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％。
所述的活性层经过退火处理，退火温度为80～200℃，退火时间为5～30min。
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；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DFPCNC作为有机太阳电池的电子受体。DFPCNC的中心单元是二氟苯与两个环戊双噻吩基团通过单键相连，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DFPCNC容易合成、成本低。另外，DFPCNC的端基是比IC更大的萘环氰基茚酮(NC)，提高了受体分子的共轭程度，减小了受体分子的带隙，吸收光谱向近红外区拓展。同时，分子之间的π-π堆积更强，改善了电子迁移率。因此以DFPCNC为电子受体的有机太阳电池，在保持高填充因子的前提下，短路电流密度显著增大，PCE达到11.63％。还有，NC端基不会造成DFPCNC能级的大幅下降，能与未卤代的给体材料PBDB-T实现良好匹配，有助于降低有机太阳电池的成本。
附图说明
图1电子受体的吸收光谱。DFPCIC和DFPCNC在氯仿溶液中和薄膜状态下的吸收光谱。
图2有机太阳电池在光照下的电流-电压曲线。两电池的活性层厚度均为100nm，对于DFPCIC电池，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。对于DFPCNC电池，制备时添加了占活性层溶液体积1.2％的氯萘，活性层中PBDB-T与DFPCNC的重量比为1:1.2，且经过10min的100℃退火处理。
图3有机太阳电池在光照下的外量子效率(EQE)曲线。两电池的活性层厚度均为100nm，对于DFPCIC电池，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。对于DFPCNC电池，制备时添加了占活性层溶液体积1.2％的氯萘，活性层中PBDB-T与DFPCNC的重量比为1:1.2，且经过10min的100℃退火处理。
具体实施方式
实施例1
DFPCNC是由化合物1与萘环氰基茚酮通过Knoevenagel缩合反应得到，合成路线如下所示：
其中，化合物1根据中国专利201710409496.1公开的方法合成，萘环氰基茚酮根据文献Advanced Materials,2017,1704051公开的方法合成，DFPCNC具体的合成方法为：
将0.36g化合物1、0.44g萘环氰基茚酮(NC)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0.33g终产物DFPCNC(棕黄色固体，产率65％)。
用循环伏安(CV)方法测得DFPCNC的LUMO能级为-3.81eV，HOMO能级为-5.42eV，相应的电化学带隙为1.61eV。而中国专利201710409496.1报道了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。因此，相对于DFPCIC，DFPCNC的LUMO能级下降，HOMO能级升高，但是能级变化的幅度不大，依然能与给体材料PBDB-T实现良好匹配。
用吸收光谱测得DFPCNC在三氯甲烷溶液中，吸收峰位于700nm处；薄膜状态下，DFPCNC的两个吸收峰分别位于675和726nm处，吸收带边为807nm，光学带隙为1.54eV。
图1给出了DFPCIC和DFPCNC两种非富勒烯受体在氯仿溶液中和薄膜状态下的吸收光谱。可以看出，由于端基共轭程度的变大，无论在溶液中还是在薄膜状态下，相较于DFPCIC，DFPCNC的吸收光谱向近红外区拓展，同时在320-470nm短波长区域内也有更强的吸收。
通过空间电荷限制电流法(SCLC)测得DFPCNC的电子迁移率为1.97×10-4cm2V-1s-1，比DFPCIC(2.6×10-5cm2V-1s-1)高将近一个数量级，证明了端基共轭程度的变大确实可以促进非富勒烯受体分子之间的π-π堆积。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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0.91V，短路电流密度为14.34mA/cm2，填充因子为42.26％，能量转换效率(PCE)为5.52％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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0.90V，短路电流密度为14.36mA/cm2，填充因子为44.98％，能量转换效率(PCE)为5.94％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了0.8％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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0.86V，短路电流密度为17.18mA/cm2，填充因子为65.01％，能量转换效率(PCE)为9.63％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.0％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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0.85V，短路电流密度为18.64mA/cm2，填充因子为67.60％，能量转换效率(PCE)为10.74％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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0.86V，短路电流密度为18.67mA/cm2，填充因子为68.60％，能量转换效率(PCE)为10.99％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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℃退火处理10min。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0.86V，短路电流密度为18.16mA/cm2，填充因子为72.62％，能量转换效率(PCE)为11.63％。
图2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。
图2说明，在各自的最佳条件下，以DFPCNC为受体的太阳电池与以DFPCIC为受体的太阳电池相比，短路电流显著增加，PCE也因此提高。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的外量子效率(EQE)曲线，如图3所示，由于DFPCNC具有更小的带隙，吸收较DFPCIC红移，EQE曲线的范围明显拓宽，使器件的短路电流明显增强。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.5、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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0.89V，短路电流密度为15.07mA/cm2，填充因子为43.11％，能量转换效率(PCE)为5.79％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1.2:1、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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℃退火处理10min。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0.88V，短路电流密度为16.09mA/cm2，填充因子为69.57％，能量转换效率(PCE)为9.85％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为15mg/mL的PBDB-T:DFPCNC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层80nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行100℃退火处理10min。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0.86V，短路电流密度为15.08mA/cm2，填充因子为66.03％，能量转换效率(PCE)为9.56％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为25mg/mL的PBDB-T:DFPCNC混合液，以2000rpm的转速，旋涂60秒，得到一层130nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行100℃退火处理10min。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0.86V，短路电流密度为17.54mA/cm2，填充因子为69.74％，能量转换效率(PCE)为10.52％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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80℃退火处理10min。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0.86V，短路电流密度为18.54mA/cm2，填充因子为70.01％，能量转换效率(PCE)为11.16％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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150℃退火处理10min。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0.86V，短路电流密度为18.09mA/cm2，填充因子为70.14％，能量转换效率(PCE)为10.91％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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℃退火处理10min。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0.86V，短路电流密度为17.93mA/cm2，填充因子为69.11％，能量转换效率(PCE)为10.65％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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℃退火处理5min。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0.86V，短路电流密度为18.45mA/cm2，填充因子为70.12％，能量转换效率(PCE)为11.13％。
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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℃退火处理20min。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18.11mA/cm2，填充因子为69.44％，能量转换效率(PCE)为10.69％。
实施例17
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，将PBDB-T:DFPCNC重量比为1:1.2、添加了1.2％氯萘(CN)、总浓度为20mg/mL的PBDB-T:DFPCNC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℃退火处理30min。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0.83V，短路电流密度为14.85mA/cm2，填充因子为66.54％，能量转换效率(PCE)为8.21％。
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PBDB-T:DFPCIC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15.66mA/cm2，填充因子为72.07％，PCE为10.14％。
图2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。
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EQE曲线。

Claims (6)

1.一种高效率的有机太阳电池，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所述的一种高效率的有机太阳电池，其特征在于，所述的电子给体为PBDB-T；电子受体为DFPCNC，化学结构式为：
3.根据权利要求1所述的一种高效率的有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层中PBDB-T与DFPCNC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1所述的一种高效率的有机太阳电池，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含PBDB-T与DFPCNC的溶液。
5.根据权利要求1所述的一种高效率的有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层经过退火处理，退火温度为80～200℃，退火时间为5～30min。
6.根据权利要求1所述的一种高效率的有机太阳电池，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；所述的阳极修饰层为MoO3；所述的阳极为Ag。
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