CN113644203B - 一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法。将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量的范围是2‑90％。将热塑性弹性体与电子给体、电子受体材料共混，制备得到活性层，之后再基于该活性层制备成有机太阳能电池。本发明所使用的热塑性弹性体廉价易得，拉伸性能优异，模量较低。将热塑性弹性体加入到活性层中，能在保持或提高活性层光伏性能的情况下，提高活性层的可拉伸性能，降低模量，降低成本，提高半透明性。本发明提出热塑性弹性体在制备有机太阳能电池活性层中的用途，公开了一种通过普适性方法，制备得到柔性/可拉伸性能优异，高半透明性的有机太阳能电池。

Description

一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于有机光电技术领域，具体涉及一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着全球人类经济生活快速发展，人们对能源的需求急剧增长，能源问题已成为本世纪面临的重大挑战之一。太阳能具有清洁、分布广泛、取之不尽等优点，太阳能电池的出现与发展为解决能源问题带来了希望。因此，发展太阳能电池进而解决能源危机成为能源领域研究的重点。其中，有机太阳能电池作为一种新型太阳能电池，相比硅基等传统太阳能电池具有质轻、半透明，可溶液加工等优点，具有更广泛的应用前景，特别是具有柔性可穿戴应用的潜力。
由于单结体异质结有机太阳能电池制备简单，极大的简化了有机太阳能电池的制备工艺，因此近几年来人们研究的重点是单结体异质结有机太阳能电池。目前为止，体异质结有机太阳能电池单结器件的能量转化效率已经超过18％，接近商业化应用的水平。但是，有机太阳能电池商业化应用仍然面临一些问题，主要包括：1.目前大部分高效率有机太阳能电池活性层均基于聚合物给体：小分子受体共混体系，该共混体系的力学性能较差，裂纹起始应变小于10％，弹性模量在1GPa左右，无法满足有机太阳能电池柔性可穿戴应用要求(高裂纹起始应变，低弹性模量)。因此，如何在保持有机太阳能电池较高能量转化效率的情况下改善活性层的力学性能成为亟待解决的问题。2.目前高效率有机太阳能电池成本较高，主要原因在于活性层成本较高，有机光伏活性层主要由电子给体材料和电子受体材料组成，给体、受体材料合成复杂，价格昂贵，如何降低活性层和有机太阳能电池的成本也是有机太阳能电池商业化面临的一项挑战。一般情况下，高效有机光伏给体、受体材料的市场价格约为每克1-3万元左右。3.有机太阳能电池具有半透明性的优点，但是如何在较高效率情况下进一步提高有机太阳能电池的半透明性也是有机太阳能电池面临的挑战之一。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法，本发明是将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，在保持或提高有机太阳能电池光伏性能的情况下，提高活性层的可拉伸性(延展性)，降低活性层的刚性(弹性模量)，并同时降低活性层的成本和提高活性层的透明性，制备得到较低成本、较高半透明性、并同时具有优良光伏性能和力学性能的有机太阳能电池。
对于所述的基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，随着热塑性弹性体含量的增加，有机太阳能电池的光伏性能会先升高后下降(或逐渐下降)，成本会逐渐降低，透明性会逐渐增加，同时，活性层的可拉伸性会逐渐增加，刚性会逐渐降低。虽然热塑性弹性体不具有光伏性能，但是少量热塑性弹性体加入会改善活性层聚集态结构，有利于光伏性能。此外，热塑性弹性体成本低，透明性好，可拉伸性(延展性)优异，刚性(弹性模量)低。
本发明的技术方案如下：
一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，是将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量(给体+受体+热塑性弹性体)的范围是2-90％。
一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，是将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量(给体+受体+热塑性弹性体)的范围是2-23.1％。
所述的热塑性弹性体选自苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、氨酯类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、酯类热塑性弹性体、二烯类热塑性弹性体、酰胺类热塑性弹性体、有机氟类热塑性弹性体、有机硅类热塑性弹性体、乙烯类热塑性弹性体、离子型热塑性弹性体或熔融加工型热塑性弹性体等。
一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池制备方法；将热塑性弹性体作为第三组份与电子给体、电子受体材料共混，制备得到活性层，之后再基于该活性层制备成有机太阳能电池。
所述的活性层的制备方法：将所述热塑性弹性体、电子给体材料和电子受体材料溶于有机溶剂，将得到的混合溶液沉积至所述空穴传输层或电子传输层表面，形成活性层。
所述的活性层的溶液沉积方法包括旋涂、刮涂、印刷等方法。
所述的有机溶剂包括氯仿、氯苯、二氯苯、三氯苯、甲苯、二甲苯、或四氢呋喃等。
所述的活性层的厚度为20-1000nm。优选活性层的厚度为50-300nm。
所述的机太阳能电池是正置器件结构，从下向上依次为导电基底、空穴传输层、活性层、界面层以及金属电极；或是是倒置器件结构，从下向上依次为导电基底、电子传输层、活性层、空穴传输层以及金属电极。
本发明中，所述的热塑性弹性体拉伸性能优异，断裂伸长率在100％-10000％，弹性模量较小，为0.01-1000MPa。
本发明中，所述的热塑性弹性体与高效率有机光伏材料相比成本较低，廉价易得。
本发明中，所述的热塑性弹性体在300-1000nm波段范围不吸光或较吸光较弱，透明性良好。
本发明中，所述的活性层中，电子给体材料选自聚(对亚苯基亚乙烯)类、聚(亚芳基亚乙烯基)类、聚(对亚苯基)类、聚(亚芳基)类、聚噻吩类、聚喹啉类、吓啉类、酞菁类或者由吸电子共轭单元与给电子共轭单元偶联组成的共聚物等；电子受体材料选自:富勒烯或其衍生物、苝或其衍生物、萘或其衍生物、酰亚胺类受体、稠环电子受体、非稠环电子受体等。
本发明中，所述吸电子共轭单元为吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BT)、噻吩并吡咯二酮(TPD)或者噻吩并噻吩(TT)等,所述给电子共轭单元为咔唑(Cz)、芴(F)、苯并二噻吩(BDT)、苯并二呋喃(BDT)、二噻吩并苯(BDP)或引达省(IDT)等。
本发明中，对给体材料和受体材料的类型没有特别的限制，只要具有光伏性能的给体、受体共混体系即可。
下面是一些常见的材料的结构式；
热塑性弹性体：苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS；
给体：PM6,PBDB-T,D18,PDCBT-Cl；
受体：N3,Y6,BTP-BO-4Cl,N2200,F-N2200,ITIC,PC71BM：
本发明中，所述的有机太阳能电池的器件结构没有特殊要求，可以是正置器件结构，从下向上依次为导电基底、空穴传输层、活性层、界面层以及金属电极；也可以是倒置器件结构，从下向上依次为导电基底、电子传输层、活性层、空穴传输层以及金属电极。
本发明中，所述的活性层组分和百分含量如下：
给体和受体总计占比98-10％，
热塑性弹性体总计占比2-90％
本发明中，所述的导电基底选自含有金属氧化物、石墨烯、碳纳米管或金属纳米线的玻璃或薄膜。优选地，导电基底为ITO玻璃。
本发明中,所述的金属电极材料选自钙、镁、钡、铝、银、金、铜、镍、锌、钛、锰、铁、铂或钼中的一种金属。
本发明中，所述的空穴传输层，优选地，空穴传输层为PEDOT:PSS，厚度为30-40nm，所述的界面层，优选地，界面层材料为PFN-Br或PDINO，厚度为10nm左右，所述的金属电极，优选地，金属电极材料为银(Ag)或铝(Al)，厚度为100-200nm左右。
本发明中，制备得到的含有热塑性弹性体的活性层适用于所有有机太阳能电池。
本发明中，与未添加热塑性弹性体的活性层相比，添加热塑性弹性体后能够提高活性层的可拉伸性(延展性)，降低刚性(弹性模量)，提高活性层的透明性，降低活性层的成本。在有机太阳能电池其他结构不变的情况下，活性层的改善即为有机太阳能电池的改善，即添加热塑性弹性体能够提高有机太阳能电池的可拉伸性(延展性)，降低刚性(弹性模量)，提高有机太阳能电池的透明性，降低有机太阳能电池的成本。以基于PM6:N3的有机太阳能电池为例，添加23.1％的热塑性弹性体(SEBS)，活性层的裂纹起始应变从6.9％提升至13％，弹性模量从1.07GPa降低至0.28GPa，吸光系数显著降低，透明性显著增加，成本降低近23％。此外，器件效率能够保持75％。
本发明所使用的热塑性弹性体廉价易得，拉伸性能优异，模量较低。将热塑性弹性体加入到活性层中，能在保持或提高活性层光伏性能的情况下，提高活性层的可拉伸性能，降低模量，降低成本，提高半透明性。本发明提出了热塑性弹性体在制备有机太阳能电池活性层中的用途，公开了一种通过普适性方法，制备得到柔性/可拉伸性能优异，低模量，低成本，高半透明性的有机太阳能电池。
本发明中，所述的基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法，其可以应用于柔性/可拉伸有机光电器件，提高有机光电器件的柔性/可拉伸性，降低刚性。
本发明中，所述的基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法，其可以应用半透明有机光电器件，提高有机光电器件的透明性。
本发明中，所述的基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法，其可以应用于降低有机光电器件的成本。
本发明所述的有机光电器件包括有机太阳能电池，有机发光二极管，有机薄膜晶体管，有机光探测器等。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明将热塑性弹性体作为第三组份引入有机太阳能电池活性层中，制备高效三元有机太阳能电池，能够在提高或保持高器件效率的同时，有效的降低活性层/有机太阳能电池的成本，增加活性层的半透明性，提高活性层的可拉伸性，降低活性层的刚性，有利于有机太阳能电池的柔性/可拉伸应用。
2.将热塑性弹性体作为第三组份引入到不同的二元活性层体系中，均能够有效提高活性层的可拉伸性，降低活性层的刚性，这证明热塑性弹性体改善有机太阳能电池的力学性能具有普遍适用性。
3.本发明所述的热塑性弹性体为市场广泛售卖的常见材料，化学结构简单，合成成本低，相比有机光伏给体和受体材料，其市场价格较低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
图1有机太阳能电池正置器件结构示意图
图2活性层PM6:N3:SEBS在SEBS占活性层总质量比为0-90％时的裂纹起始应变柱状图
图3活性层PM6:N3:SEBS在SEBS占活性层总质量比为0-90％时的弹性模量柱状图
图4活性层PM6:N3:SEBS在SEBS占活性层总质量比为0-90％时的紫外-可见吸收光谱图
图5活性层PM6:N3:SBS在SBS占活性层总质量比为90％时的紫外-可见吸收光谱图
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下所有实例中所制备的有机太阳能电池的器件结构如图1所示，为正置器件结构，从下向上依次为导电基底、空穴传输层、活性层、界面层以及金属电极。所选用的热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS。此外，SEBS和SBS的成本较低，市场价格约为0.02-0.08RMB/g，远低于常见的有机光伏材料，例如常见给体材料PM6市场价格约为20000RMB/g，PBDB-T市场价格约为12000RMB/g，常见受体材料N3市场价格约为15000RMB/g，ITIC市场价格约为10000RMB/g。
制备三元活性层薄膜，其从下到上依次为聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底、活性层，具体方法如下：
采用洗洁精稀释液、去离子水、丙酮、异丙醇依次对玻璃片进行超声清洗，之后用氮气将表面异丙醇溶剂吹干。采用紫外臭氧清洗机对玻璃片进行紫外臭氧处理30min。在ITO表面旋涂PSS稀释液(PSS与H2O按照体积比1:4进行混合)，旋涂条件为5000rpm，30s，然后放入鼓风烘箱中进行烘干，条件为140℃，18min，得到干燥的PSS牺牲层。将旋涂有PSS层的玻璃片传入惰性氛围的手套箱中，在PSS层表面旋涂PM6:N3:SEBS活性层，PM6与N3质量比为1:1.2，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的x％。活性层溶液的溶剂为氯仿(CF)和氯萘(CN)的混合溶剂，CN作为添加剂占溶剂总体积的0.5％。溶液45℃加热溶解2h，得到活性层溶液。将活性层溶液旋涂到PSS层表面得到活性层，旋涂条件为2500rpm/s，60s。然后对活性层薄膜进行热退火处理，将玻璃片在90℃热台上放置5min。将活性层贴附到PDMS基底上(DPMS基底为PDMS基本组分：固化剂按照体积比10:1混合之后进行90℃，50min固化得到的)，然后将附着在PDMS基底上的玻璃片放入去离子水中，等待几十分钟后，PSS层被去离子水溶解，玻璃片脱离，仅剩活性层薄膜附着在PDMS基底上，实现了活性层由玻璃基底到PDMS基底的转移。采用自制拉伸机对活性层薄膜进行力学测试，即将PDMS基底夹在拉伸机上，进行拉伸或者压缩，同时采用偏光显微镜进行观察。进行拉伸测试时，一直拉伸直至活性层薄膜产生细小的裂纹停止，此时的拉伸应变为裂纹起始应变。进行压缩测试时，先将PDMS基底进行5％预拉伸，然后将活性层薄膜转移到PDMS基底上，PDMS再回复到初始未拉伸状态0％，活性层薄膜受到压缩会产生周期性褶皱，然后对褶皱波长和活性层薄膜厚度进行分析，得到活性层的弹性模量。
实施例1：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.044mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的2％。如图2所示，活性层薄膜裂纹起始应变为8.1±1.0％，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)提高了17％。如图3所示，活性层薄膜的弹性模量为0.98±0.12GPa，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)降低了8％。
实施例2：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.22mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的9.1％。如图2所示，活性层薄膜裂纹起始应变为11.2±0.8％，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)提高了62％。如图3所示，活性层薄膜的弹性模量为0.77±0.10GPa，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)降低了28％。
实施例3：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.44mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的16.7％。如图2所示，活性层薄膜裂纹起始应变为11.9±0.4％，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)提高了72％。如图3所示，活性层薄膜的弹性模量为0.56±0.08GPa，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)降低了48％。
实施例4：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.66mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的23.1％。如图2所示，活性层薄膜裂纹起始应变为13.0±1.1％，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)提高了88％。如图3所示，活性层薄膜的弹性模量为0.28±0.09GPa，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)降低了74％。因此，随着SEBS含量的增加，有机太阳能电池活性层的可拉伸性(延展性)逐渐增加，刚性逐渐降低。
实施例5：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量19.8mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的90％。如图2所示，活性层薄膜裂纹起始应变超过100％，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)提高超过1400％。如图3所示，活性层薄膜的弹性模量约为0.012±0.01GPa，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)降低了99％。因此，随着SEBS含量的增加，有机太阳能电池活性层的可拉伸性(延展性)逐渐增加，刚性逐渐降低。
实施例6：
热塑性弹性体选用SBS，其他步骤与SEBS作为热塑性弹性体相同。称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SBS质量0.66mg，SBS占活性层总质量(PM6+N3+SBS)的23.1％。活性层薄膜裂纹起始应变约为12.5±1.0％，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)提高超过81％。活性层薄膜的弹性模量约为0.35±0.16GPa，相比未添加SEBS的活性层薄膜(对比例1)降低了67％。因此，加入SBS，有机太阳能电池活性层的可拉伸性(延展性)增加，刚性降低。
实施例7：
热塑性弹性体选用SEBS，活性层给受体材料选用PBDB-T和ITIC。称重：给体PBDB-T质量1mg,受体ITIC质量1.2mg，SEBS质量0.66mg，SEBS占活性层总质量(PBDB-T+ITIC+SEBS)的23.1％。活性层溶剂为氯苯，添加剂为0.5％的DIO，其他制备条件与PM6:N3:SEBS活性层条件相同。活性层薄膜裂纹起始应变约为5.9±0.5％，相比未添加SEBS的活性层薄膜(1.5±0.7％)提高了81％。活性层薄膜的弹性模量约为0.28±0.02GPa，相比未添加SEBS的活性层薄膜(1.14±0.19GPa)降低了75％。因此，加入SEBS，PBDB-T:ITIC基有机太阳能电池活性层的可拉伸性(延展性)增加，刚性降低。
制备三元有机太阳能电池器件，采用正置器件结构，具体方法如下：
采用洗洁精稀释液、去离子水、丙酮、异丙醇依次对ITO玻璃片进行超声清洗，之后用氮气将表面异丙醇溶剂吹干。采用紫外臭氧清洗机对ITO玻璃进行紫外臭氧处理30min。在ITO表面旋涂PDEOT:PSS，旋涂条件为4000rpm，30s，然后放入鼓风烘箱中进行烘干，条件为140℃，18min，得到干燥的空穴传输层。将旋涂有空穴传输层的ITO玻璃片传入手套箱中，在空穴传输层表面旋涂PM6:N3:SEBS活性层，PM6与N3质量比为1:1.2，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的x％，溶剂为氯仿(CF)和氯萘(CN)的混合溶剂，CN作为添加剂占溶剂总体积的0.5％。溶液45℃加热溶解2h，得到活性层溶液。将活性层溶液旋涂到PEDOT:PSS层表面得到活性层，旋涂条件为2500rpm/s，60s。然后对活性层薄膜进行热退火处理，将ITO玻璃片在90℃热台上放置5min。之后，在活性层表面旋涂PFN-Br阴极界面层，阴极界面层溶液的溶剂为甲醇，浓度为0.5mg/mL，旋涂条件为3000rpm，40s。最后将旋涂有PEDOT:PSS/PM6:N3:SEBS活性层/PFN-Br的ITO玻璃片放入真空蒸镀设备中，在PFN-Br表面蒸镀100nm厚度的金属电极Ag。
实施例8：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.044mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的2％。在标准测试条件下(AM 1.5,100mW cm-2)测试有机太阳能电池的器件性能，测得器件的开路电压(Voc)为0.843V，短路电流(Jsc)为25.04mA cm-2，填充因子(FF)为73.8％，能量转化效率(PCE)为15.98％。该有机太阳能电池的PCE相比未添加SEBS的有机太阳能电池(对比例2)提高了3.6％。
实施例9：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.22mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的9.1％。在标准测试条件下(AM 1.5,100mW cm-2)测试有机太阳能电池的器件性能，测得器件的开路电压(Voc)为0.845V，短路电流(Jsc)为24.00mA cm-2，填充因子(FF)为69.4％，能量转化效率(PCE)为14.41％。该有机太阳能电池与未添加SEBS的有机太阳能电池(对比例2)相比，PCE保持了93％。
实施例10：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.44mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的16.7％。在标准测试条件下(AM 1.5,100mW cm-2)测试有机太阳能电池的器件性能，测得器件的开路电压(Voc)为0.839V，短路电流(Jsc)为23.36mA cm-2，填充因子(FF)为63.9％，能量转化效率(PCE)为13.09％。该有机太阳能电池与未添加SEBS的有机太阳能电池(对比例2)相比，PCE保持了85％。
实施例11：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.66mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的23.1％。在标准测试条件下(AM 1.5,100mW/cm-2)测试有机太阳能电池的器件性能，测得器件的开路电压(Voc)为0.838V，短路电流(Jsc)为22.23mA cm-2，填充因子(FF)为61.3％，能量转化效率(PCE)为11.54％。该有机太阳能电池与未添加SEBS的有机太阳能电池(对比例2)相比，PCE保持了75％。因此，随着SBES含量的增加，有机太阳能电池的光伏性能先增加后减小。加入少量SEBS的有机太阳能电池能够保持较高的效率。
制备三元活性层薄膜，基底为石英玻璃，具体方法如下：
采用去离子水、丙酮、异丙醇依次对石英玻璃片进行超声清洗，之后用氮气将表面异丙醇溶剂吹干。采用紫外臭氧清洗机对石英玻璃进行紫外臭氧处理30min。之后在石英玻璃表面旋涂PM6:N3:SEBS活性层，PM6与N3质量比为1:1.2，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的x％，溶剂为氯仿(CF)和氯萘(CN)的混合溶剂，CN作为添加剂占溶剂总体积的0.5％。溶液45℃加热溶解2h，得到活性层溶液。将活性层溶液旋涂到石英玻璃表面得到活性层，旋涂条件为2500rpm/s，60s。然后对活性层薄膜进行热退火处理，将ITO玻璃片在90℃热台上放置5min。
实施例12：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.044mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的2％。对石英玻璃上的活性层进行300-1000nm波长范围内的紫外-可见吸收光谱测试，得到的紫外-可见吸收光谱如图4所示。该活性层薄膜与未添加SEBS的活性层薄膜(对比例3)相比，其光吸收系数降低，说明透明性增加。
实施例13：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.22mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的9.1％。对石英玻璃上的活性层进行300-1000nm波长范围内的紫外-可见吸收光谱测试，得到的紫外-可见吸收光谱如图4所示。该活性层薄膜与未添加SEBS的活性层薄膜(对比例3)和添加2％含量SEBS的活性层薄膜(实施例12)相比，其光吸收系数进一步降低，说明透明性进一步增加。
实施例14：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.44mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的16.7％。对石英玻璃上的活性层进行300-1000nm波长范围内的紫外-可见吸收光谱测试，得到的紫外-可见吸收光谱如图4所示。该活性层薄膜与未添加SEBS的活性层薄膜(对比例3)和添加2％、10％含量SEBS的活性层薄膜(实施例12和13)相比，其光吸收系数进一步降低，说明透明性进一步增加。
实施例15：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量0.66mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的23.1％。对石英玻璃上的活性层进行300-1000nm波长范围内的紫外-可见吸收光谱测试，得到的紫外-可见吸收光谱如图4所示。该活性层薄膜与未添加SEBS的活性层薄膜(对比例3)和添加2％、10％、20％含量SEBS的活性层薄膜(实施例12、13和14)相比，其光吸收系数进一步降低，说明透明性进一步增加。
实施例16：
称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SEBS质量19.8mg，SEBS占活性层总质量(PM6+N3+SEBS)的90％。对石英玻璃上的活性层进行300-1000nm波长范围内的紫外-可见吸收光谱测试，得到的紫外-可见吸收光谱如图4所示。该活性层薄膜与未添加SEBS的活性层薄膜(对比例3)和添加2％、10％、20％、30％含量SEBS的活性层薄膜(实施例12、13、14和15)相比，其光吸收系数进一步降低，说明透明性进一步增加。因此，随着SEBS含量的增加，有机太阳能电池活性层的透明性逐渐增加。
实施例17：
采用SBS作为第三组份，SBS占活性层总质量(PM6+N3+SBS)的90％，称重：给体PM6质量1mg,受体N3质量1.2mg，SBS质量19.8mg。对石英玻璃上的活性层进行300-1000nm波长范围内的紫外-可见吸收光谱测试，得到的紫外-可见吸收光谱如图5所示。该活性层薄膜与未添加SBS的活性层薄膜(对比例3和图4)相比，其光吸收系数进一步降低，说明透明性进一步增加。因此，添加SBS，有机太阳能电池活性层的透明性增加。
实施例18：
在PM6:N3活性层中加入热塑性弹性体SEBS，或SBS，或热塑性聚氨酯(TPU)等，在活性层厚度相近的情况下，能够显著降低活性层的成本。例如，SEBS(或SBS，TPU等)占占活性层总质量(PM6+N3+弹性体)的2％，成本能够降低将近2％。SEBS(或SBS，TPU等)占活性层总质量(PM6+N3+弹性体)的30％，成本能够降低将近30％。SEBS(或SBS，TPU等)占活性层总质量(PM6+N3+弹性体)的50％，成本能够降低将近50％。SEBS(或SBS，TPU等)占给受体总质量(PM6+N3)的90％，成本能够降低将近90％。
实施例19：
在PBDB-T:ITIC活性层中加入热塑性弹性体SEBS，或SBS，或热塑性聚氨酯(TPU)等，在活性层厚度相近的情况下，能够显著降低活性层的成本。例如，SEBS(或SBS，TPU等)占占活性层总质量(PBDB-T+ITIC+弹性体)的2％，成本能够降低将近2％。SEBS(或SBS，TPU等)占活性层总质量(PBDB-T+ITIC+弹性体)的30％，成本能够降低将近30％。SEBS(或SBS，TPU等)占活性层总质量(PBDB-T+ITIC+弹性体)的50％，成本能够降低将近50％。SEBS(或SBS，TPU等)占给受体总质量(PBDB-T+ITIC+弹性体)的90％，成本能够降低将近90％。
对比例1：
不添加热塑性弹性体，活性层为PM6:N3。如图2所示，活性层薄膜裂纹起始应变为6.9±0.4％。如图3所示，活性层薄膜的弹性模量为1.07±0.04GPa。
对比例2：
不添加热塑性弹性体，活性层为PM6:N3。在标准测试条件下(AM 1.5,100mW cm-2)测试有机太阳能电池的器件性能，测得器件的开路电压(Voc)为0.830V，短路电流(Jsc)为24.71mA cm-2，填充因子(FF)为71.8％，能量转化效率(PCE)为15.42％。
对比例3：
不添加热塑性弹性体，活性层为PM6:N3。对石英玻璃上的活性层进行300-1000nm波长范围内的紫外-可见吸收光谱测试，得到的紫外-可见吸收光谱如图4所示。
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，其特征是，将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量2-90%；总质量为给体+受体+热塑性弹性体；热塑性弹性体选自苯乙烯类热塑性弹性体或氨酯类热塑性弹性体。
2.如权利要求1所述的一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，其特征是，将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量2-23.1%；总质量为给体+受体+热塑性弹性体。
3.如权利要求1所述的一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池制备方法；其特征是，将热塑性弹性体作为第三组份与电子给体、电子受体材料共混，制备得到活性层，之后再基于该活性层制备成有机太阳能电池；活性层的厚度为20-1000 nm。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是，活性层的制备方法：将热塑性弹性体、电子给体材料和电子受体材料溶于有机溶剂，将得到的混合溶液沉积至空穴传输层或电子传输层表面，形成活性层。
5.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述的活性层的溶液沉积方法包括旋涂、刮涂、印刷。
6.如权利要求3所述的方法，其特征是，活性层的厚度为50-300 nm。
7.如权利要求3所述的方法，其特征是，有机太阳能电池是正置器件结构，从下向上依次为导电基底、空穴传输层、活性层、界面层以及金属电极；或是倒置器件结构，从下向上依次为导电基底、电子传输层、活性层、空穴传输层以及金属电极。
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