CN110379926B - 一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于苯并二噻唑类近红外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，电子受体是以苯并二噻唑为核、环戊双噻吩为给电子单元、氟代或者噻吩氰基茚酮为吸电子末端的X‑PCIC或X1‑PCIC。利用X‑PCIC和X1‑PCIC在近红外区的良好吸收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和短路电流密度，能量转换效率(PCE)最高为11.50％。此外，X‑PCIC和X1‑PCIC合成简单，有利于降低有机太阳电池的成本。

Description

一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池
技术领域
本发明涉及太阳电池，尤其涉及一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池。
背景技术
最近，通过将电子受体的吸收拓展到近红外区域从而来利用更多的太阳光子，单结有机太阳电池实现了能量转换效率(PCE)大于15％的效率纪录(Joule,2019,3,1140；Nature Communication,2019,10,2515)，短路电流超过25mA cm-2，充分说明了近红外受体对改善有机太阳电池性能的关键作用。
在拓展电子受体的吸收方面，最常采用的手段是强化分子内电荷转移(ICT)作用，比如针对A-D-A型的小分子受体，通过增加D单元的给电子性，或者增加A单元的吸电子性，来实现吸收峰向近红外区的移动。例如，北京大学的占肖卫课题组将ITIC3中的苯环核心，替换成给电子性更强的噻吩[3,2-b]并噻吩，得到的FOIC，可以实现100nm以上的吸收红移(Advanced Materials,2018,30,1705969)。又如，中科院化学所的侯剑辉课题组，在IEICO的基础上，末端引入强吸电子性的氟原子，也可以将吸收带边从900nm多拓展到1000nm左右(Angewandte Chemie International Edition,2017,56,3045)。但是，通过分子内电荷转移的方式来拓宽吸收，由于分子带隙的变窄，往往会对受体的能级结构产生不利影响。特别是给电子单元的增强，往往会抬升电子受体的HOMO能级，从而影响与电子给体之间的良好匹配，降低有机太阳电池的开路电压。
另一个拓展吸收的方法，是增加电子受体的醌式结构。例如，浙江大学的陈红征课题组在IDT和氰基茚酮末端之间，插入了具有醌式效应的噻吩[3,4-b]并噻吩，可以有效将吸收拓展到1000nm附近(Advanced Materials,2018,30,1803769)。但是，同样由于噻吩[3,4-b]并噻吩的强给电子性，提升了电子受体的HOMO能级，导致有机太阳电池的开路电压偏低。因此，迫切需要开发具有低HOMO能级的近红外电子受体。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有良好近红外吸收和低HOMO能级的、基于苯并二噻唑类电子受体的有机太阳电池。
基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池包括衬底、阴极、阴极修饰层、电子给体与电子受体共混形成的活性层、阳极修饰层和阳极，所述的电子给体为PBDB-T；电子受体为以苯并二噻唑为核的X-PCIC或者X1-PCIC，化学结构式为：
Figure BDA0002141977780000021
所述的活性层中电子给体与电子受体的重量比为2:1～1:1.5，活性层的厚度为50～200nm。
所述的活性层是以活性层溶液成膜获得，且在成膜时加入添加剂，添加剂为1,8-二碘辛烷或者氯萘，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电子给体与电子受体的混合溶液。
所述的活性层经过溶剂退火或热退火处理，其中，溶剂退火所用溶剂为氯仿，时间为5～60s，热退火所用温度为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苯并二噻唑类近红外材料X-PCIC或X1-PCIC作为有机太阳电池的电子受体。其中，X-PCIC和X1-PCIC均采用苯并二噻唑作为分子核心，环戊双噻吩作为给电子单元，而吸电子末端，X-PCIC采用氟代的氰基茚酮，X1-PCIC采用噻吩氰基茚酮。利用苯并二噻唑的醌式效应，可以很容易的将材料的吸收拓展到近红外区域，X-PCIC和X1-PCIC的吸收带边均拓展到了900nm附近，因此使用具备近红外吸收的X-PCIC或X1-PCIC作为受体材料的有机太阳电池，可以实现很大的短路电流密度。另一方面，利用苯并二噻唑的吸电子性质，可以有效拉低材料的HOMO(最高占有分子轨道)能级，以便与具备深HOMO的宽带隙给体材料进行匹配，从而实现高的开路电压和低的能量损失。最终，基于X-PCIC和X1-PCIC的有机太阳电池均能实现0.53eV左右的低能量损失和0.85V左右的高开路电压。而以X-PCIC为受体的有机太阳电池还实现了超过21mA cm-2的短路电流密度，从而实现了最高达11.50％的能量转换效率。另外，相对于采用全稠环给电子单元的A-D-A型的小分子受体，X-PCIC和X1-PCIC的合成更为简单高效，有利于降低有机太阳电池的成本。
附图说明
图1是X-PCIC和X1-PCIC的合成路线图.
图2有机太阳电池在光照下的电流-电压曲线。两种电池的活性层厚度为100nm，对基于PBDB-T:X-PCIC共混膜的有机太阳电池，制备时添加了占活性层溶液体积0.5％的1,8-二碘辛烷，活性层中PBDB-T与X-PCIC的重量比为1.5:1，且经过15s的氯仿蒸汽退火处理；对基于PBDB-T:X1-PCIC共混膜的有机太阳电池，制备时添加了占活性层溶液体积0.8％的氯萘，活性层中PBDB-T:X1-PCIC的重量比为1:1.2，且经过10分钟的热退火处理。
图3有机太阳电池的外量子效率-波长曲线。与图1中的曲线，采用同样的器件进行测试得到。
具体实施方式
实施例1
以简单易得的苯并二胺二硫醇盐酸盐作为最初的化学原料，通过与烷基酰氯的成环反应，一步得到苯并二噻唑，然后液溴溴化得到溴代物，同时环戊双噻吩用三氯氧磷反应得到单边接醛的产物，然后与上面的溴代物直接C-H活化反应得到双边接醛的产物，最后通过Knoevenagel反应与不同的吸电子末端反应，分别得到X-PCIC和X1-PCIC，具体的合成路线如图1所示；
X-PCIC和X1-PCIC具体的合成步骤为：
(1)中间体2的合成
往两口圆底烧瓶中加入化合物1(2.5g,10mmol)和1,2-二氯苯(30mL)，用液氮冷冻，抽充三次后，解冻，庚酰氯(3.4mL,22mmol)和三甲基硅多磷酸盐(7.1mL,55mmol)用注射器依次加入。然后120℃回流48h。冷却后，加入饱和碳酸钠水溶液。混合物用二氯甲烷萃取并水洗。移除溶剂后，过柱提纯(洗脱剂：二氯甲烷)，得到白色固体(1.53g，42％)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ＝8.39(s,2H),3.14(t,J＝7.7Hz,4H),1.90(dt,J＝15.1,7.7Hz,4H),1.52-1.40(m,4H),1.39-1.28(m,8H),0.89(t,J＝6.9Hz,6H).
13C NMR(400MHz,CDCl3):δ＝173.61,150.79,134.00,114.61,34.61,31.48,29.57,28.86,22.50,14.04.
(2)中间体3的合成
化合物2(1.1g,3mmol)溶解在30mL二氯甲烷中，用冰水浴冷却到0℃，通过恒压滴液漏斗，将1mL液溴溶解在20mL二氯甲烷中，并逐滴加入。在0℃搅拌6h后，升至室温，搅拌过夜。加入饱和NaHSO3水溶液，移除多余的液溴。然后混合物用二氯甲烷萃取并水洗。移除溶液后，过柱提纯(洗脱剂：石油醚:二氯甲烷＝3:2,v/v)，得到白色固体(0.85g,55％)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ＝3.18(t,J＝7.7Hz 4H),1.91(dt,J＝15.4,7.6Hz,4H),1.53-1.43(m,4H),1.41-1.29(m,8H),0.90(t,J＝7.0Hz,6H).
13C NMR(400MHz,CDCl3):δ＝174.61,147.72,137.09,105.88,34.90,31.46,29.80,28.90,22.48,14.03.
(3)中间体5的合成
在氮气保护下，往斯莱克管中加入5mL DMF，然后在0℃下，加入三氯氧磷(0.23mL,2.5mmol)。0℃搅拌0.5h，将化合物4用注射器加入斯莱克管，然后在90℃回流2h。冷却后，加入NaHCO3水溶液，搅拌2h。混合物用二氯甲烷萃取并水洗。移除溶剂后，过柱提纯(洗脱剂：石油醚:二氯甲烷＝1:2,v/v)，得到黄色油状物(0.8g,74％)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ＝9.83(s,1H),7.57(t,J＝3.7Hz,1H),7.38(d,J＝4.9Hz,1H),7.0(dt,J＝4.9,2.5Hz,1H),2.00-1.84(m,4H),1.07-0.80(m,16H),0.74(t,J＝6.7Hz,6H),0.65-0.51(m,8H).
13C NMR(400MHz,CDCl3):δ＝182.63,162.02,157.74,148.01,142.85,135.94,130.92,129.17,122.58,53.77,43.11,43.08,35.16,35.14,34.27,34.05,28.52,27.38,27.23,22.73,22.71,14.07,14.05,10.62.
(4)中间体6的合成
往斯莱克管中加入化合物3(0.26g,0.5mmol)，化合物5(0.52g,1.2mmol)，PCy3·HBF4(16.2mg,0.044mmol)，K2CO3(0.1g,0.72mmol)，PivOH(25mg,0.25mmol)，Pd2(dba)3(20mg,0.022mmol)，Pd(OAc)2(5mg,0.022mmol)，甲苯(40mL)和DMF(10mL)。混合物用液氮冷冻，抽充三次，解冻。100℃回流24h。冷却后，混合物用二氯甲烷萃取并水洗。移除溶剂后，过柱提纯(洗脱剂：石油醚:二氯甲烷＝1:2～0:1,v/v)，得到深红色固体(0.16g,26％)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ＝9.87(s,2H),7.87(d,J＝1.8Hz,2H),7.62(t,J＝3.5Hz,2H),3.25(t,J＝7.5Hz,4H),2.09-1.95(m,12H),1.56-1.49(m,4H),1.45-1.33(m,8H),1.12-0.86(m,38H),0.76(t,J＝6.3Hz,12H),0.70-0.61(m,16H).
13C NMR(400MHz,CDCl3):δ＝188.96,182.59,161.14,158.00,148.21,143.36,134.80,130.53,128.99,128.42,125.43,123.39,121.80,119.09,65.44,54.20,43.35,43.14,35.25,35.22,34.47,34.37,34.27,31.58,29.34,28.85,28.65,28.54,27.43,27.38,22.78,22.60,14.15,14.09,14.06,10.80,10.60.
(5)X-PCIC的合成
往斯莱克管中加入化合物6(0.2g,0.16mmol)，氟代氰基茚酮(0.2g,0.86mmol)和干燥氯仿(30mL)，混合物用液氮冷冻，抽充三次，解冻。氮气下，加入0.6mL吡啶，然后65℃回流15h。移除溶剂后，过柱提纯(洗脱剂：石油醚:二氯甲烷＝1:3,v/v)，得到棕色固体(0.19g,72％)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ＝8.92(s,2H),8.47(s,2H),7.97(s,2H),7.71(s,2H),7.64(t,J＝6.6Hz,2H),3.30(t,J＝7.5Hz,4H),2.17-1.99(m,12H),1.65-1.53(m,4H),1.50-1.36(m,8H),1.13-0.91(m,38H),0.89-0.73(m,12H),0.72-0.63(m,16H).
13C NMR(400MHz,CDCl3):δ＝186.04,172.53,164.78,159.92,159.37,158.47,155.33,152.89,152.76,147.84,147.62,140.25,139.24,138.33,138.12,134.37,132.68,123.62,122.01,119.28,114.78,112.35,112.18,67.66,54.15,43.47,43.40,43.26,43.19,35.48,35.43,34.48,34.34,34.19,31.55,28.90,28.62,28.45,27.40,22.84,22.65,14.14,14.11,14.06,10.79,10.52.
19F NMR(400MHz,CDCl3):δ＝-123.82(d,J＝19.3Hz,2F),-124.99(d,J＝19.3Hz,2F).
MS(MALDI-TOF):Calcd for C96H104F4N6O2S6(M+):1642.28,Found:1642.32.
(6)X1-PCIC的合成
往斯莱克管中加入化合物6(0.16g,0.13mmol)，噻吩氰基茚酮(0.13g,0.65mmol)和干燥氯仿(50mL)，混合物用液氮冷冻，抽充三次，解冻。氮气下，加入0.6mL吡啶，然后65℃回流15h。移除溶剂后，过柱提纯(洗脱剂：二氯甲烷)，得到棕色固体(0.15g,73％)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ＝8.87(s,2H),8.34(dd,J＝2.1,1.1Hz,2H),7.95(d,J＝1.1Hz,2H),7.90(d,J＝2.2Hz,2H),7.68(s,2H),3.29(t,J＝7.6Hz,4H),2.16-1.99(m,12H),1.64-1.52(m,6H),1.50-1.34(m,8H),1.12-0.90(m,38H),0.84-0.72(m,12H),0.71-0.60(m,16H).
13C NMR(400MHz,CDCl3):δ＝181.73,172.43,164.39,159.77,158.89,156.62,147.88,147.29,142.59,142.40,140.21,139.35,139.21,139.13,137.91,132.75,127.07,126.54,124.74,123.61,122.01,115.59,114.94,65.56,54.10,43.50,43.26,35.44,35.40,34.47,34.31,34.14,31.53,29.31,28.87,28.61,28.45,28.43,27.38,22.81,22.64,14.13,14.10,14.05,10.78,10.52.
MS(MALDI-TOF):Calcd for C92H104N6O2S8(M+):1582.36,Found:1582.22.
用循环伏安(CV)方法测得X-PCIC的LUMO能级为-3.79eV，HOMO能级为-5.37eV，相应的电化学带隙为1.58eV；X1-PCIC的LUMO能级为-3.77eV，HOMO能级为-5.35eV，相应的电化学带隙为1.58eV。用吸收光谱测得薄膜状态下，X-PCIC的最大吸收峰位于833nm处，吸收带边为902nm，光学带隙为1.37eV；X1-PCIC的最大吸收峰位于813nm，吸收带边为892nm，光学带隙为1.39eV。
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，将重量比为1.2:1、总浓度为16mg/mL的PBDB-T:X-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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0.83V，短路电流密度为17.59mA/cm2，填充因子为40.25％，能量转换效率(PCE)为6.06％。
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，将重量比为1.5:1、总浓度为16mg/mL的PBDB-T:X-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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17.50mA/cm2，填充因子为41.25％，PCE为6.29％。
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，将重量比为1.8:1、总浓度为16mg/mL的PBDB-T:X-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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0.87V，短路电流密度为14.24mA/cm2，填充因子为44.50％，PCE为5.63％。
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，将重量比为1.5:1、添加了0.25％的1,8-二碘辛烷(DIO)、总浓度为16mg/mL的PBDB-T:X-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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18.14mA/cm2，填充因子为58.32％，PCE为8.95％。
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，将重量比为1.5:1、添加了0.50％的1,8-二碘辛烷(DIO)、总浓度为16mg/mL的PBDB-T:X-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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20.73mA/cm2，填充因子为61.65％，PCE为10.84％。
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，将重量比为1.5:1、添加了0.80％的1,8-二碘辛烷(DIO)、总浓度为16mg/mL的PBDB-T:X-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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0.83V，短路电流密度为15.82mA/cm2，填充因子为64.56％，PCE为8.48％。
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，将重量比为1.5:1、添加了0.50％的1,8-二碘辛烷(DIO)、总浓度为16mg/mL的PBDB-T:X-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对活性层用氯仿蒸汽进行溶剂退火15s。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0.84V，短路电流密度为21.80mA/cm2，填充因子为62.51％，PCE为11.50％。
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给出了该器件的外量子效率-波长曲线。
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，将重量比为1.5:1、总浓度为18mg/mL的PBDB-T:X1-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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13.44mA/cm2，填充因子为40.85％，PCE为4.89％。
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，将重量比为1:1、总浓度为18mg/mL的PBDB-T:X1-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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16.23mA/cm2，填充因子为44.19％，PCE为6.39％。
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，将重量比为1:1.2、总浓度为18mg/mL的PBDB-T:X1-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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14.76mA/cm2，填充因子为50.59％，PCE为6.64％。
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，将重量比为1:1.2、添加了0.5％的氯萘(CN)、总浓度为18mg/mL的PBDB-T:X1-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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0.87V，短路电流密度为18.31mA/cm2，填充因子为55.11％，PCE为8.78％。
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，将重量比为1:1.2、添加了0.8％的氯萘(CN)、总浓度为18mg/mL的PBDB-T:X1-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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17.54mA/cm2，填充因子为63.35％，PCE为9.53％。
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，将重量比为1:1.2、添加了1.0％的氯萘(CN)、总浓度为18mg/mL的PBDB-T:X1-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30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15.82mA/cm2，填充因子为59.81％，PCE为8.13％。
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，将重量比为1:1.2、添加了0.8％的氯萘(CN)、总浓度为18mg/mL的PBDB-T:X1-PCIC氯仿混合液，以3500rpm的转速，旋涂30秒，得到一层100nm厚的活性层。紧接着，对活性层进行100℃热退火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17.97mA/cm2，填充因子为66.82％，PCE为10.17％。
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给出了该器件的外量子效率-波长曲线。

Claims (5)

1.一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池，包括衬底、阴极、阴极修饰层、电子给体与电子受体共混形成的活性层、阳极修饰层和阳极，其特征在于，所述的电子给体为PBDB-T；电子受体为以苯并二噻唑为核的X-PCIC或X1-PCIC，化学结构式为：
Figure FDA0002141977770000011
2.根据权利要求1所述的一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层中电子给体与电子受体的重量比为2:1～1:1.5，活性层的厚度为50～200nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层为采用活性层溶液成膜获得，且在成膜时加入添加剂，添加剂为1,8-二碘辛烷或者氯萘，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电子给体与电子受体的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池，其特征在于，所述的活性层经过溶剂退火或热退火处理，其中，溶剂退火所用溶剂为氯仿，时间为5～60s，热退火所用温度为80～200℃，退火时间为5～30min。
5.根据权利要求1所述的一种基于苯并二噻唑类近红外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；所述的阳极修饰层为MoO3；所述的阳极为Ag。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110790757A (zh) * 2019-11-21 2020-02-14 东莞理工学院 一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料及其制备方法
CN111261786B (zh) * 2020-01-19 2023-07-28 浙江大学 一种基于不对称封端电子受体的高效有机太阳电池
WO2023012365A1 (en) 2021-08-06 2023-02-09 Cambridge Display Technology Ltd. Photoresponsive asymmetric nonfullerene acceptors of the a-d-a'-d-a type for use in optoelectronic devices

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102597046A (zh) * 2009-10-29 2012-07-18 住友化学株式会社 高分子化合物及电子元件
US20120232238A1 (en) * 2009-08-03 2012-09-13 The Johns Hopkins University Ladder-type oligo-p-phenylene-containing copolymers with high open-circuit voltages and ambient photovoltaic activity
JP5299023B2 (ja) * 2008-04-24 2013-09-25 東レ株式会社 光起電力素子用材料および光起電力素子
CN105153189A (zh) * 2015-07-20 2015-12-16 中国科学院化学研究所 含有醌式Methyl-Dioxocyano-Pyridine单元的窄带隙寡聚物及其制备方法与应用
WO2016039063A1 (ja) * 2014-09-11 2016-03-17 東洋紡株式会社 光電変換素子、およびこれに用いられる有機半導体化合物
CN108365098A (zh) * 2018-01-10 2018-08-03 浙江大学 一种高效率的三元有机太阳电池
CN108682742A (zh) * 2018-05-25 2018-10-19 浙江大学 一种高效率的有机太阳电池
CN108779128A (zh) * 2016-03-15 2018-11-09 默克专利有限公司 有机半导体
CN108794509A (zh) * 2018-05-28 2018-11-13 常州大学 一类以噻唑并噻唑为核的A2-π-A1-π-A2型小分子受体材料的制备及应用

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5299023B2 (ja) * 2008-04-24 2013-09-25 東レ株式会社 光起電力素子用材料および光起電力素子
US20120232238A1 (en) * 2009-08-03 2012-09-13 The Johns Hopkins University Ladder-type oligo-p-phenylene-containing copolymers with high open-circuit voltages and ambient photovoltaic activity
CN102597046A (zh) * 2009-10-29 2012-07-18 住友化学株式会社 高分子化合物及电子元件
WO2016039063A1 (ja) * 2014-09-11 2016-03-17 東洋紡株式会社 光電変換素子、およびこれに用いられる有機半導体化合物
CN105153189A (zh) * 2015-07-20 2015-12-16 中国科学院化学研究所 含有醌式Methyl-Dioxocyano-Pyridine单元的窄带隙寡聚物及其制备方法与应用
CN108779128A (zh) * 2016-03-15 2018-11-09 默克专利有限公司 有机半导体
CN108365098A (zh) * 2018-01-10 2018-08-03 浙江大学 一种高效率的三元有机太阳电池
CN108682742A (zh) * 2018-05-25 2018-10-19 浙江大学 一种高效率的有机太阳电池
CN108794509A (zh) * 2018-05-28 2018-11-13 常州大学 一类以噻唑并噻唑为核的A2-π-A1-π-A2型小分子受体材料的制备及应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Novel 4,8-benzobisthiazole copolymers and their field-effect transistor and photovoltaic applications;Gary Conboy等;《J. Mater. Chem. C》;20171113;第5卷;第11927页第1栏第1段至第11934页第2栏第1段，图1-7 *
To bend or not to bend – are heteroatom interactions within conjugated molecules effective in dictating conformation and planarity?;Gary Conboy等;《Mater. Horiz.》;20160426;第4卷;全文 *

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