CN115101679B

CN115101679B - 一种提高有机光电薄膜热稳定性的方法及其在光伏电池中的应用

Info

Publication number: CN115101679B
Application number: CN202210891696.6A
Authority: CN
Inventors: 叶龙; 高梦圆
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2042-07-27
Also published as: CN115101679A

Abstract

本发明公开了一种提高有机光电薄膜热稳定性的方法及其在光伏电池中的应用，涉及光电技术领域。原料包括部分氘代或全部氘代的氘代溶剂和溶质；部分氘代或全部氘代的氘代溶剂选自：全部氘取代或部分氘取代的具有1‑30个碳原子的烷基、环烷基、杂烷基、芳烷基、烷氧基、芳基、杂芳基、芳氧基、烯基、烷硅基、芳基硅烷基、胺基、酰基、羰基、羧酸基、酯基、氰基、异氰基、硫烷基、磺酰基、亚磺酰基、膦基或卤原子中的一种或多种。本发明以部分氘代或全部氘代的氘代溶剂作为有机层材料的溶剂，增强共轭分子间相互作用，提高有机层材料的结晶性，实现高效率且热稳定的钙钛矿及有机太阳能电池的制备。

Description

一种提高有机光电薄膜热稳定性的方法及其在光伏电池中的应用

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种提高有机光电薄膜热稳定性的方法及其在光伏电池中的应用。

背景技术

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，受到了科学家们的青睐，众多研究学者将目光聚焦于如何高效的将太阳能转化为电能。发展绿色可持续再生能源成为了一个必然的趋势。在此背景下，光伏领域蓬勃发展，各种光伏技术层出不穷。其中，有机太阳能电池(OSC)和钙钛矿太阳能电池(PSC)具有低成本、可溶液加工等优点，在能源、信息等领域具有广泛应用。发展高效率且热稳定的光伏太阳能电池是着力解决资源环境问题的有效途径。

近年来研究人员通过分子结构设计、活性层形貌调控及器件工程优化，在器件性能方面取得了系列进展，能量转换效率(PCE)得到大幅提升。然而，由于太阳能电池的商业化应用不仅需要高的效率，还需要足够长的运行寿命，因此稳定性成为亟待解决的关键问题。太阳能电池在使用过程中的性能衰减受多种因素影响，包括太阳能电池内部不稳定性引起的本征性能衰减和来自外界环境因素引起的性能衰减，包括大气环境(湿度，氧气)渗透、光致衰减、电磁衰减、热致衰减等。虽然使用合适的封装技术可以减少或消除大气环境引起的太阳能电池的性能衰减，但在器件的整个运行过程中，特别是在户外应用中长时间的光照会产生持续加热的较高工作温度(50-70℃，甚至达到100℃)。在国际光伏稳定性国际峰会(ISOS)中多次强调热应力作用的重要性。

由于大多数用于OSCs的材料和PSCs的有机界面层具有比工作温度高得多的分解温度，器件的稳定性在很大程度上与物理降解有关，即有机层材料的形貌热稳定性。近年来提出的提高太阳能稳定性的各种方法，例如设计新型高稳定性的有机光伏材料以及空穴电子传输材料，用三元等方法优化吸光层稳定性，优化器件结构和器件制备工艺等。然而，第三组分的加入通常会增加太阳能电池器件制备的复杂性。因此，提出一种简单高效的且可以同时提升太阳能电池的器件性能和稳定性的方法对太阳能电池的商业化应用具有重要意义。

发明内容

基于上述内容，本发明提供一种提高有机光电薄膜热稳定性的方法及其在光伏电池中的应用，通过以部分氘代或全部氘代的氘代溶剂作为有机层材料的溶剂，增强共轭分子间相互作用，提高有机层材料的结晶性，实现高效率且热稳定的钙钛矿及有机太阳能电池的制备。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明技术方案之一，一种太阳能电池有机层材料，原料包括部分氘代或全部氘代的氘代溶剂和溶质；

所述部分氘代或全部氘代的氘代溶剂选自：全部氘取代或部分氘取代的具有1-30个碳原子的烷基、环烷基、杂烷基、芳烷基、烷氧基、芳基、杂芳基、芳氧基、烯基、烷硅基、芳基硅烷基、胺基、酰基、羰基、羧酸基、酯基、氰基、异氰基、硫烷基、磺酰基、亚磺酰基、膦基或卤原子中的一种或多种；优选的，部分氘代或全部氘代的氘代溶剂选自：重水、氘代苯、氘代甲苯、氘代对二甲苯、氘代邻二甲苯、氘代-1,2, 3-三甲苯、氘代-1,2,4-三甲苯、氘代-1,2,5-三甲苯、氘代-1,3,4-三甲苯、氘代呋喃、氘代氯苯、氘代-1,2-二氯苯、氘代-1,3-二氯苯、氘代-1,4-二氯苯、氘代丙酮、氘代甲醇、氘代乙醇、氘代DMSO(二甲亚砜)、氘代氯仿、氘代二氯甲烷、氘代乙腈、氘代三氟乙酸、和氘代吡啶中的一种或多种。

所述溶质选自：单组分有机光伏材料，或有机光伏给体材料和受体材料的共混物。

进一步地，所述部分氘代或全部氘代的氘代溶剂的结构式如下：

进一步地，所述有机光伏单组分材料为光电技术领域常用的单组分有机光伏材料；

所述有机光伏给体材料、受体材料选自聚吡咯并吡咯二酮类、聚噻吩类、聚喹啉类、由吸电子单元和给电子共轭单元共聚而成的推-拉型共轭聚合物。

所述吸电子单元为苯并噻二唑、吡咯并吡咯二酮、噻吩并二吡啶、噻吩并噻吩、噻吩并吡咯二酮、吲哚咔唑、吡啶吲哚、吡咯并吡啶、噻吩并二吡啶或者苯并噻吩并吡啶等，所述给电子共轭单元为杂芳基、有咔唑、芴、苯并二呋喃、苯并哂吩、二苯并哂吩、呋喃、二噻吩并苯或引达省等。

常见的有机光伏给体材料的结构式如下：

常见的有机光伏受体材料的结构式如下：

本发明技术方案之二，一种上述的太阳能电池有机层材料的制备方法，包括以下步骤：

利用部分氘代或全部氘代的氘代溶剂溶解溶质，得到有机层溶液，将所述有机层溶液制备成膜，得到所述太阳能电池有机层材料。

进一步地，将有机光伏单组分材料、或者有机光伏给体材料和受体材料共混物，加入部分氘代或全部氘代的氘代溶剂，在25-150℃和10-10000r/min搅拌速率下使其充分溶解共混，配制成太阳能电池的有机层溶液，再通过不同的溶液加工方式制备成膜，得到太阳能电池有机层材料。

或者，将有机光伏单组分材料、或者有机光伏给体材料和受体材料共混物，加入不同配比的部分氘代或全部氘代的氘代共混溶剂，在25-150℃和10-10000r/min搅拌速率下使其充分溶解共混，配制成太阳能电池的有机层溶液，再通过不同的溶液加工方式制备成膜，得到太阳能电池有机层材料。

或者，在有机光伏给体材料和受体材料中分别加入部分氘代或全部氘代的氘代溶剂，在25-150℃和10-10000r/min搅拌速率下使各自充分溶解，之后将给体材料溶液和受体材料溶液共混，配制成太阳能电池的有机层溶液，再通过不同的溶液加工方式制备成膜，得到太阳能电池有机层材料。

或者，在有机光伏给体材料和受体材料中分别加入部分氘代或全部氘代的氘代溶剂，在25-150℃和10-10000r/min搅拌速率下使各自充分溶解，再通过顺序旋涂的溶液加工方式制备成膜，得到太阳能电池有机层材料。

进一步地，制备成膜的方式包括线棒刮涂、刮刀刮涂、直接旋涂共混溶液、顺序旋涂、顺序刮涂或印刷等方式。

本发明技术方案之三，上述的太阳能电池有机层材料在太阳能电池中的应用，当所述太阳能电池有机层材料应用于有机太阳能电池时，作为活性层材料；

当所述太阳能电池有机层材料应用于钙钛矿太阳能电池时，作为界面层材料。

本发明技术方案之四，一种太阳能电池，含有上述的太阳能电池有机层材料。

进一步地，所述太阳能电池为有机太阳能电池；

所述有机太阳能电池为正置器件结构或倒置器件结构；所述有机太阳能电池的活性层采用上述的太阳能电池有机层材料。

所述有机太阳能电池的正置器件结构，从下向上依次为导电电极、空穴传输层、活性层、电子传输层以及金属电极。

所述有机太阳能电池的倒置器件结构，从下向上依次为导电电极、电子传输层、活性层、空穴传输层以及金属电极。

进一步地，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池；

所述钙钛矿太阳能电池为正置器件结构；所述钙钛矿太阳能电池的界面层采用上述的太阳能电池有机层材料。

从下向上依次为导电电极、电子传输层、钙钛矿层、界面层、空穴传输层以及金属电极。

进一步地，所述导电电极选自金属氧化物、碳纳米管、石墨烯或金属纳米线中的一种。优选的，导电电极为氧化铟锡(ITO)、银纳米线或碳纳米管。

所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD、PD-10-DTTE-7、PEDOT:PSS、PEDOT:PSS+Ag NPs、PEDOT:PSS+Ag@Au、NiOx、ReOx、RuO₂、p-PFP-HD、O-NiAc、CuSCN、MoO₃、WO₃ V₂O₅、Vox、 WC、PFT-3HT或PANI，厚度为1-100nm；

所述电子传输层的材料为SnO₂、PFN、PFN-OX、PFEN-Hg、FTBTF-N、FPI-PEIE、PFN-Br、PDINN、PDINO、CTOC-3-BPTI、PDINO、PNDIT-F3N、TiO₂或ZnO、AZO，厚度为1-100nm。

所述金属电极选自液态金属、钙、镁、钡、铝、银、金、铜、镍、锌、钛、锰、铁、铂或钼中的一种。优选的，金属电极为铝、金、银、液态金属中的一种，厚度为20-200 nm。

进一步地，所述有机太阳能电池的活性层或所述钙钛矿太阳能电池的界面层的厚度分别为5-1000nm。优选的，厚度分别为10-200nm。

本发明技术方案之五，一种提升太阳能电池的器件性能及热稳定性的方法，以部分氘代或全部氘代的氘代溶剂作为有机层材料的溶剂，以增大有机层材料的结晶性，实现太阳能电池的器件性能及热稳定性的提升；

所述部分氘代或全部氘代的氘代溶剂选自：全部氘取代或部分氘取代的具有1-30个碳原子的烷基、环烷基、杂烷基、芳烷基、烷氧基、芳基、杂芳基、芳氧基、烯基、烷硅基、芳基硅烷基、胺基、酰基、羰基、羧酸基、酯基、氰基、异氰基、硫烷基、磺酰基、亚磺酰基、膦基或卤原子中的一种或多种。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明使用部分或全部氘代的氘代溶剂溶解有机光伏材料，使用溶液加工方式制备有机太阳能电池活性层材料和钙钛矿太阳能电池界面层材料。相较于未氘代的普通有机溶剂，使用部分或全部氘代的有机溶剂将增大有机光伏共轭材料的分子间相互作用，显著增强活性层材料或界面层材料的结晶度，进一步促进高效的载流子传输，实现高性能且热稳定的有机太阳能电池或钙钛矿太阳能电池的制备。

(2)使用不同种类的部分或全部氘代的氘代溶剂作为制备有机及钙钛矿太阳能电池的溶剂，均可以增大有机层材料的结晶性，同时提升有机太阳能电池或钙钛矿太阳能电池的器件性能和热稳定性。

(3)将部分或全部氘代的氘代溶剂应用于不同的太阳能电池的有机层中，均可以增大有机光伏材料的结晶性，同时提升光伏太阳能电池的器件性能和热稳定性，这证明本发明所公开的太阳能电池有机层材料在制备高效率且热稳定的太阳能电池方面具有广泛的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明有机太阳能电池正置器件结构示意图；

图2为本发明有机太阳能电池倒置器件结构示意图；

图3为本发明钙钛矿太阳能电池正置器件结构示意图；

图4为本发明实施例1制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；

图5为本发明实施例1制备的钙钛矿太阳能电池在85℃下热退火的器件效率归一化曲线；

图6为本发明实施例2制备的有机太阳能电池(直接旋涂共混溶液)的J-V曲线；

图7为本发明实施例2制备的有机太阳能电池(直接旋涂共混溶液)在85℃下热退火的器件效率归一化曲线；

图8为本发明实施例3制备的有机太阳能电池(直接旋涂共混溶液)在85℃下热退火的器件效率归一化曲线；

图9为本发明实施例4制备的有机太阳能电池(直接旋涂共混溶液)在85℃下热退火的器件效率归一化曲线；

图10为本发明实施例5制备的有机太阳能电池(直接旋涂共混溶液)在85℃下热退火的器件效率归一化曲线；

图11为本发明实施例6制备的有机太阳能电池(顺序旋涂)在85℃下热退火的器件效率归一化曲线；

图12为本发明实施例7制备的有机太阳能电池(直接刮涂)在85℃下热退火的器件效率归一化曲线。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明中所述的“室温”如无特殊说明，均表示15-30℃。

本发明中所述的“过夜”如无特殊说明，均表示8-14h。

本发明实施例中有机层(活性层或界面层)的制备如下：将有机光伏单组分材料、或者有机光伏给体材料和受体材料共混物，加入部分氘代或全部氘代的氘代溶剂，在 25-150℃和10-10000r/min搅拌速率下使其充分溶解共混，配制成太阳能电池的有机层溶液，再通过不同的溶液加工方式使其成膜，得到太阳能电池有机层材料。或者，将有机光伏单组分材料、或者有机光伏给体材料和受体材料共混物，加入不同配比的部分氘代或全部氘代的氘代共混溶剂，在25-150℃和10-10000r/min搅拌速率下使其充分溶解共混，配制成太阳能电池的有机层溶液，再通过不同的溶液加工方式制备成膜，得到太阳能电池有机层材料。或者，在有机光伏给体材料和受体材料中分别加入部分氘代或全部氘代的氘代溶剂，在25-150℃和10-10000r/min搅拌速率下使各自充分溶解，之后将给体材料溶液和受体材料溶液共混，配制成太阳能电池的有机层溶液，再通过不同的溶液加工方式使其成膜，得到太阳能电池有机层材料。又或者，在有机光伏给体材料和受体材料中分别加入部分氘代或全部氘代的氘代溶剂，在 25-150℃和10-10000r/min搅拌速率下使各自充分溶解，再通过顺序旋涂的溶液加工方式使其成膜，得到太阳能电池有机层材料。

本发明实施例中的热退火有机层均在85℃的黑暗条件下及氮气氛围中热退火，严格按照国际光伏稳定性国际峰会(ISOS)协议中规定的稳定性循环测试条件进行处理。取不同退火时长下的有机层进行器件的制备，并采集光伏性能数据。太阳能电池的制备如下所述。

有机太阳能电池器件的制备：以下实施例中包含两种有机太阳能电池器件构型。如图1所示的正置器件构型：底部为导电基底(导电电极)1，从下向上分别为空穴传输层2、活性层3、电子传输层4、金属电极5。图2所示为倒置器件构型：底部为导电基底(导电电极)1，从下向上分别为电子传输层4、活性层3、空穴传输层2、金属电极5。

以下实施例中的正置器件均为：ITO导电玻璃/空穴传输层PEDOT:PSS/活性层(不同的有机光伏给受体材料体系)/电子传输层PDINN、PDINO或PNDIT-F3N/金属电极Ag 或Al。

正置器件的制备：将经过异丙醇、洗涤剂稀释液、去离子水、丙酮、异丙醇清洗后的ITO导电玻璃经紫外线臭氧(UV/Ozone)处理25分钟。再将PEDOT:PSS稀释液以4000 转/分的速度涂在ITO基底上40秒，并在150℃环境下退火20分钟，其厚度为20-40 nm。然后，将旋涂有PEDOT:PSS空穴传输层的ITO导电玻璃传进N₂氛围的手套箱中。待其冷却后在PEDOT:PSS层上制备活性层，制备方式如上所述。并对其进行合适的热处理(80-150℃热退火10min)。之后在活性层上继续旋涂5-20nm的电子传输层溶液(PFN-Br或PDIN的甲醇溶液)。最后，将铝或银电极热沉积在顶部，面积为4mm²，完成正置器件的制备。

以下实施例中的倒置器件均为：ITO导电玻璃/电子传输层ZnO/活性层(不同的有机光伏给受体材料体系)/空穴传输层MoO₃/金属电极Ag。倒置器件的制备：与正置器件不同的是电子传输层和空穴传输层的制备，故这里仅说明倒置器件的电子传输层和空穴传输层的制备方法，其余步骤参考正置器件的制备流程。电子传输层即将ZnO溶液旋涂在洁净的ITO导电基底上，厚度约20-40nm，并将其迅速转移至200℃的热台上退火1h，然后转移至手套箱中。空穴传输层即在高真空度(低于1.5×10^-4Pa)下热蒸发沉积MoO₃，厚度控制在5-15nm。之后再蒸镀电极材料，完成倒置器件的制备。

钙钛矿太阳能电池器件的制备：如图3所示的正置器件构型：底部为导电基底(导电电极)1，从下向上分别为电子传输层4、钙钛矿层3、界面层6、空穴传输层2、金属电极5。以下实施例中的钙钛矿太阳能电池器件结构均为：ITO导电玻璃/电子传输层SnO₂/两步法钙钛矿层/界面层/空穴传输层Spiro/金属电极Ag。将经过异丙醇、洗涤剂稀释液、去离子水、丙酮、异丙醇清洗后的ITO导电玻璃经紫外线臭氧(UV/Ozone) 处理25分钟。再将SnO₂溶液以3000转/分的速度涂在ITO基底上，并在150℃环境下退火30分钟，其厚度为20-40nm。然后，将旋涂有电子传输层的ITO导电玻璃传进N₂氛围的手套箱中。待其冷却后在SnO₂层上使用两步法制备钙钛矿层，第一步使用 DMF:DMSO＝4:1的混合溶剂配置PbI₂:CsI＝0.62:0.018g/mL溶液，以2000转/分的速度旋涂；第二步使用异丙醇溶解FAI:MAI:MAB:MACl＝0.03：0.02：0.005：0.005mg/mL 的溶液，以3000转/分的速度旋涂，并在120℃环境下退火20分钟。在其上以3000转 /分的速度旋涂界面层；之后继续旋涂20nm的空穴传输层溶液Spiro。最后，将铝或银电极热沉积在顶部，面积为4mm²，完成钙钛矿太阳能电池器件的制备。

光伏太阳能电池的性能测试：在AAA级太阳模拟器(SS-F5-3A，光炎科技有限公司)的AM 1.5G、100mw cm^-2照射下，用Keithley 2400光源计测量器件的电流密度- 电压(J-V)曲线。EQE曲线采用标准单晶硅太阳能电池进行标定，通过太阳能电池光谱响应测量系统(QE-R，光炎科技有限公司)进行测试。

实施例1

使用氘代氯仿溶解有机光伏材料P3HT配置成浓度为20mg/mL的溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜(12h)，并通过溶液直接旋涂的方式制备有机层材料。作为对比，使用氯仿溶解有机光伏材料P3HT配置成溶液浓度为20mg/mL的溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜(12h)，并通过溶液直接旋涂的方式制备有机层材料。

在旋有钙钛矿层的基底上使用直接旋涂法分别旋涂界面层材料氘代氯仿溶液、氯仿溶液，厚度分别为150nm。随后将制备的含界面层的薄膜置于氮气氛围且黑暗环境下的85℃的热台上进行热退火处理。分别取0h,0.5h,1h,5h,12h,24h,48 h,72h,120h,200,500h,1000h,…，直至出现T₈₀，T₈₀即器件性能衰减至起始效率的80％所对应的退火时间。之后根据器件制备工艺制备器件并测试其性能。使用氘代氯仿加工的器件性能接近19％，而使用氯仿加工的器件性能约17％。相较于氯仿加工的器件，使用氘代氯仿加工的器件性能大幅提升，主要表现为开路电压和填充因子的提升，其J-V曲线如图4所示。分别以氘代氯仿和氯仿为界面层加工溶剂的钙钛矿太阳能电池在85℃下热退火的器件效率归一化曲线见附图5(图中CF表示氯仿，CF-d 表示氘代氯仿)。使用常规溶剂氯仿加工的器件在热退火100h后，PCE下降至初始效率的80％。而使用氘代溶剂加工的器件在热退火1600h仍保持大于90％的器件性能。

实施例2

将聚合物PM6与非富勒烯受体材料PYDT-3F以质量配比1:1.5共混，并使用氘代氯苯将其溶解配制成溶液浓度为10mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接旋涂的方式制备活性层材料。作为对比，将聚合物PM6与非富勒烯受体材料PYDT-3F以质量配比1:1.5共混，并使用氯苯将其溶解配制成溶液浓度为10 mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接旋涂的方式制备活性层材料。

在旋有PEDOT:PSS界面层的ITO玻璃基底上使用共混溶液直接旋涂法分别旋涂活性材料氘代氯苯溶液、氯苯溶液，厚度分别为150nm。随后将制备的活性层置于氮气氛围且黑暗环境下的85℃的热台上进行热退火处理。分别取0h,0.5h,1h,5h,12 h,24h,48h,72h,120h,200,500h,1000h,…，直至出现T₈₀，T₈₀即器件性能衰减至起始效率的80％所对应的退火时间。之后根据正置器件制备工艺制备器件并测试其性能。所用电子传输层为PDINO，电极选择金属Ag。使用氘代氯苯加工的器件性能约19％，而使用氯苯加工的器件性能约17％。相较于氯苯加工的器件，使用氘代氯苯加工的器件性能略有提升，其J-V曲线如图6所示。分别以氘代氯苯和氯苯为有机太阳能电池加工溶剂的PM6:PYDT-3F的有机太阳能电池在85℃下热退火的器件效率归一化曲线见附图7(图中CB表示氯苯，CB-d₅表示氘代氯苯)。使用常规溶剂氯苯加工的器件在热退火900h后，PCE下降至初始效率的80％。而使用氘代氯苯加工的器件在热退火1600h仍保持大于95％的器件性能。

实施例3

将聚合物PBDB-T与非富勒烯受体材料IT-4F以质量配比1:1共混，并使用氘代氯苯将其溶解配置成溶液浓度为20mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接旋涂的方式制备活性层材料。作为对比，将聚合物PBDB-T与非富勒烯受体材料IT-4F以质量配比1:1共混，并使用氯苯将其溶解配置成溶液浓度为20 mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接旋涂的方式制备活性层材料。

在旋有PEDOT:PSS界面层的ITO玻璃基底上使用共混溶液直接旋涂法分别旋涂活性材料氘代氯苯溶液、氯苯溶液，厚度分别为150nm。随后将制备的活性层置于氮气氛围且黑暗环境下的85℃的热台上进行热退火处理。分别取0h,0.5h,1h,5h,12 h,24h,48h,72h,120h,200,500h,1000h,…，直至出现T₈₀，T₈₀即器件性能衰减至起始效率的80％所对应的退火时间。之后根据正置器件制备工艺制备器件并测试其性能。所用电子传输层为PDINN，电极选择金属Al。分别以氘代氯苯和氯苯为有机太阳能电池加工溶剂的PBDB-T:IT-4F的有机太阳能电池在85℃下热退火的器件效率归一化曲线见附图8(图中CB表示氯苯，CB-d₅表示氘代氯苯)。使用常规溶剂氯苯加工的器件在热退火600h后，PCE下降至初始效率的80％。而使用氘代氯苯加工的器件在热退火1600h仍保持大于90％的器件性能。

实施例4：

将聚合物P3HT与非富勒烯受体材料O-IDTBR以质量配比1:2共混，并使用氘代四氢呋喃将其溶解配置成溶液浓度为16mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接旋涂的方式制备活性层材料。作为对比，将聚合物P3HT与非富勒烯受体材料O-IDTBR以质量配比1:1共混，并使用四氢呋喃将其溶解配置成溶液浓度为16mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接旋涂的方式制备活性层材料。

在旋有PEDOT:PSS界面层的ITO玻璃基底上使用共混溶液直接旋涂法分别旋涂活性材料氘代四氢呋喃溶液、四氢呋喃溶液，厚度分别为150nm。随后将制备的活性层置于氮气氛围且黑暗环境下的85℃的热台上进行热退火处理。分别取0h,0.5h,1h, 5h,12h,24h,48h,72h,120h,200,500h,1000h,…，直至出现T₈₀，T₈₀即器件性能衰减至起始效率的80％所对应的退火时间。之后根据正置器件制备工艺制备器件并测试其性能。所用电子传输层为PFN-Br，电极选择金属Al。分别以氘代四氢呋喃和四氢呋喃为有机太阳能电池加工溶剂的P3HT:O-IDTBR的有机太阳能电池在85℃下热退火的器件效率归一化曲线见附图9(图中THF表示四氢呋喃，THF-d₈表示氘代四氢呋喃)。使用常规溶剂四氢呋喃加工的器件在热退火3000h后，PCE下降至初始效率的80％。而使用氘代四氢呋喃加工的器件在热退火相同的时间3000h后仍保持大于95％的器件性能。

实施例5：

将聚合物P3HT与非富勒烯受体材料ZY-4Cl以质量配比2:1共混，并使用氘代四氢呋喃将其溶解配置成溶液浓度为20mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接旋涂的方式制备活性层材料。作为对比，将聚合物P3HT与非富勒烯受体材料ZY-4Cl以质量配比1:1共混，并使用四氢呋喃将其溶解配置成溶液浓度为 20mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接旋涂的方式制备活性层材料。

在旋有PEDOT:PSS界面层的ITO玻璃基底上使用共混溶液直接旋涂法分别旋涂活性材料氘代四氢呋喃溶液、四氢呋喃溶液，厚度分别为150nm。随后将制备的活性层置于氮气氛围且黑暗环境下的85℃的热台上进行热退火处理。分别取0h,0.5h,1h, 5h,12h,24h,48h,72h,120h,200,500h,1000h,…，直至出现T₈₀，T₈₀即器件性能衰减至起始效率的80％所对应的退火时间。之后根据正置器件制备工艺制备器件并测试其性能。所用电子传输层为PDINO，电极选择金属Al。分别以氘代四氢呋喃和四氢呋喃为有机太阳能电池加工溶剂的P3HT:ZY-4Cl的有机太阳能电池在85℃下热退火的器件效率归一化曲线见附图10(图中THF表示四氢呋喃，THF-d₈表示氘代四氢呋喃)。使用常规溶剂四氢呋喃加工的器件在热退火4000h后，PCE下降至初始效率的80％。而使用氘代四氢呋喃加工的器件在热退火5000h后仍保持大于90％的器件性能。

实施例6：

聚合物PM6与非富勒烯受体材料Y6以质量配比1:2，并使用氘代氯苯分别溶解配置成溶液浓度为10mg/mL的单组分溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过顺序旋涂的方式制备活性层材料。作为对比，聚合物PM6与非富勒烯受体材料Y6以质量配比 1:2，并使用氯苯分别溶解配置成溶液浓度为10mg/mL的单组分溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过顺序旋涂的方式制备活性层材料。

在旋有PEDOT:PSS界面层的ITO玻璃基底上先旋涂给体溶液，再旋涂受体溶液制备活性材料(分别为氘代氯苯溶液和氯苯溶液)，厚度分别为70nm。随后将制备的活性层置于氮气氛围且黑暗环境下的85℃的热台上进行热退火处理。分别取0h,0.5h, 1h,5h,12h,24h,48h,72h,120h,200,500h,1000h,…，直至出现T₈₀， T₈₀即器件性能衰减至起始效率的80％所对应的退火时间。之后根据正置器件制备工艺制备器件并测试其性能。所用电子传输层为PFN-Br，电极选择金属Ag。分别以氘代氯苯和氯苯为有机太阳能电池加工溶剂的PM6:Y6的有机太阳能电池在85℃下热退火的器件效率归一化曲线见附图11(图中CB表示氯苯，CB-d₅表示氘代氯苯)。使用常规溶剂氯苯和氘代氯苯加工的器件分别在热退火100h和600h后，PCE下降至初始效率的 80％。

实施例7：

将聚合物PTB7-Th与非富勒烯受体材料IEICO-4F以质量配比1:1共混，并使用氘代氯仿将其溶解配置成溶液浓度为24mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接刮涂的方式制备活性层材料。作为对比，将聚合物PTB7-Th与非富勒烯受体材料IEICO-4F以质量配比1:1共混，并使用氯仿将其溶解配置成溶液浓度为24mg/mL的共混溶液。在室温下充分溶解搅拌过夜，并通过共混溶液直接刮涂的方式制备活性层材料。

在旋有PEDOT:PSS界面层的ITO玻璃基底上使用共混溶液直接刮涂活性材料(分别为氘代氯仿溶液和氯仿溶液)，厚度分别为150nm。随后将制备的活性层置于氮气氛围且黑暗环境下的85℃的热台上进行热退火处理。分别取0h,0.5h,1h,5h,12h, 24h,48h,72h,120h,200,500h,1000h,…，直至出现T₈₀，T₈₀即器件性能衰减至起始效率的80％所对应的退火时间。之后根据正置器件制备工艺制备器件并测试其性能。所用电子传输层为PFN-Br，电极选择金属Ag。分别以氘代氯仿和氯仿为有机太阳能电池加工溶剂的PTB7-Th:IEICO-4F的有机太阳能电池在85℃下热退火的器件效率归一化曲线见附图12(图中CF表示氯仿，CF-d表示氘代氯仿)。使用常规溶剂氯仿和氘代氯仿加工的器件分别在热退火15h和170h后，PCE下降至初始效率的90％。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种太阳能电池有机层材料，其特征在于，原料包括部分氘代或全部氘代的氘代溶剂，以及溶质；

所述部分氘代或全部氘代的氘代溶剂选自：全部氘取代或部分氘取代的具有1-30个碳原子的烷基、环烷基、杂烷基、芳烷基、烷氧基、芳基、杂芳基、芳氧基、烯基、烷硅基、芳基硅烷基、胺基、酰基、羰基、羧酸基、酯基、氰基、异氰基、硫烷基、磺酰基、亚磺酰基、膦基或卤原子中的一种或多种；

所述溶质选自：单组分有机光伏材料，或有机光伏给体材料和受体材料的共混物；

所述太阳能电池有机层材料的制备方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的太阳能电池有机层材料在太阳能电池中的应用，其特征在于，所述太阳能电池为有机太阳能电池或钙钛矿太阳能电池；

当所述太阳能电池有机层材料应用于有机太阳能电池时，作为活性层材料；

3.一种太阳能电池，其特征在于，含有权利要求1所述的太阳能电池有机层材料。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为有机太阳能电池；

所述有机太阳能电池为正置器件结构或倒置器件结构；所述有机太阳能电池的活性层采用权利要求1所述的太阳能电池有机层材料。

5.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池；

所述钙钛矿太阳能电池为正置器件结构；所述钙钛矿太阳能电池的界面层采用权利要求1所述的太阳能电池有机层材料。

6.根据权利要求4或5所述的太阳能电池，其特征在于，所述有机太阳能电池的活性层或所述钙钛矿太阳能电池的界面层的厚度分别为5-1000nm。

7.一种提升太阳能电池的器件性能及热稳定性的方法，其特征在于，以部分氘代或全部氘代的氘代溶剂作为有机层材料的溶剂，以增大有机层材料的结晶性，实现太阳能电池的器件性能及热稳定性的提升；