CN116367673A - 一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能电池 - Google Patents

一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有机太阳能电池技术领域,尤其涉及一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能电池,该制备方法包括步骤:将给体材料、受体材料、2H‑苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂与溶剂进行混合后,得到混合溶液;将所述混合溶液涂覆在基材上,在所述基材表面形成有机太阳能电池活性层薄膜。本发明仅通过在活性层薄膜的溶液中加入2H‑苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂,持续搅拌后即可增强活性层薄膜对太阳光的吸收,提升有机太阳能电池的短路电流密度,最终实现有机太阳能电池器件效率的提升;即不但提高有机太阳能电池的短路电流密度和光电转化效率的目的,还降低了有机太阳能电池的加工难度。

Description

一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能 电池
技术领域
本发明涉及有机太阳能电池技术领域,尤其涉及一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能电池。
背景技术
有机太阳能电池因其制备工艺简单、成本低、可大面积制备以及易于制备成柔性可穿戴产品,在室内应用、光伏建筑一体化、物联网供电和农业大棚领域等有着巨大的潜力。作为一种极具发展前景的太阳能电池,所选有机光伏材料丰富,且有机光伏材料分解无污染,能实现绿色环保的发展闭环路线,这吸引了广大研究者的关注。从目前已报道的有机太阳能电池工作所知,通过光伏材料的更新换代以及器件工艺的不断进步,使得有机太阳能电池的光电转换效率获得了19%的突破,由此可见,有机太阳能电池依然有着巨大的发展潜力,有望成为未来光伏领域产业化发展的重要部分之一。
有机太阳能电池的光电转换效率是由开路电压VOC、短路电流JSC、填充因子FF所决定的;其中开路电压VOC受到所选给/受体材料能级的影响,短路电流JSC的直接影响因素是给/受体材料对太阳光吸收强弱,填充因子FF与有机太阳能电池中给/受体材料组成的活性层薄膜形貌息息相关。因此,想要使得有机太阳能电池获得更高的光电转换效率,除了对光伏材料设计创新之外,还需考虑更进一步提升选定体系的活性层薄膜对光的吸收和对光子的转换能力。
通常众多研究者考虑通过提升有机光伏材料的光吸收能力,以设计新的光伏材料为主,如在材料主体结构不变的情况下,调整侧链结构以达到吸收增强的结果,如Y6结构进行烷基侧链改进得到的N3受体,其对光子的吸收和转换能力更好,相对的光电转换效率更佳;此外也可以通过对光伏材料的核心结构进行调整,实现光电材料吸收拓展到光子数量更多的近红外区域,以捕获更多的光子实现更大的短路电流密度。然而,这使得有机太阳能电池材料种类变化更多,给/受体材料的组合搭配选择也变得更为纷繁复杂,进一步导致有机光伏材料的潜力挖掘止步不前、体系研究不够深入、有机太阳能电池的理论发展进一步受到限制。这极大的限制了有机太阳能电池的产业化应用和发展。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能电池,旨在解决现有的有机太阳能电池的给/受体材料的组合搭配繁杂,有机太阳能电池活性层薄膜对太阳光的吸收和对光子的转换能力低下的问题。
本发明的技术方案如下:
一种有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其中,包括步骤:
将给体材料、受体材料、2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂与溶剂进行混合后,得到混合溶液;
将所述混合溶液涂覆在基材上,在所述基材表面形成有机太阳能电池活性层薄膜。
所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其中,所述2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂选自
Figure BDA0004157784080000021
Figure BDA0004157784080000031
Figure BDA0004157784080000032
中的一种或多种。
所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其中,所述给体材料选自
Figure BDA0004157784080000033
Figure BDA0004157784080000034
中的一种或多种。
所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其中,所述受体材料选自
Figure BDA0004157784080000035
Figure BDA0004157784080000036
Figure BDA0004157784080000041
Figure BDA0004157784080000042
中的一种或多种。
所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其中,所述给体材料与所述受体材料的质量比为1:(1-2)。
所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其中,所述混合溶液中,所述给体材料和所述受体材料的总浓度为(14-18)mg/mL,所述2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂的浓度为(1-3)mg/mL。
一种有机太阳能电池活性层薄膜,利用所述有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法制得。
一种有机太阳能电池,包括衬底层、正极导电层、空穴传输层、电子传输层、负极导电层以及由所述有机太阳能电池活性层薄膜制备得到的活性层。
所述的有机太阳能电池,其中,所述活性层的制备方法包括步骤:对所述有机太阳能电池活性层薄膜进行退火处理,得到所述活性层。
所述的有机太阳能电池,其中,所述退火处理的温度为85-110℃,所述退火处理的时间为5-10分钟。
有益效果:本发明提供一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能电池,该制备方法包括步骤:将给体材料、受体材料、2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂与溶剂进行混合后,得到混合溶液;将所述混合溶液涂覆在基材上,在所述基材表面形成有机太阳能电池活性层薄膜。本发明针对现有有机太阳能电池的活性层薄膜对光吸收利用不足的技术壁垒,在制备活性层薄膜时引入2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂作为外添加组分,调控有机太阳能电池活性层薄膜对太阳能光子的利用率,从而提高短路电流密度、增强光电性能;本发明仅通过在活性层薄膜的溶液中加入2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂,持续搅拌后即可增强活性层薄膜对太阳光的吸收,提升有机太阳能电池的短路电流密度,最终实现有机太阳能电池器件效率的提升;即不但提高有机太阳能电池的短路电流密度和光电转化效率的目的,还降低了有机太阳能电池的加工难度。
附图说明
图1为本发明一种有机太阳能电池活性层薄膜制备方法的工艺流程示意图;
图2为本发明中有机太阳能电池器件的结构示意图;
图3为本发明实施例1-4所制得的有机太阳能电池器件的结构示意图;
图4为本发明实施例1和对比例1测试的相同薄膜厚度下的薄膜吸收系数数据图;
图5为本发明实施例1和对比例1测试的器件外量子效率图。
具体实施方式
本发明提供一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能电池,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语),具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语,应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样被特定定义,否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
由于现有的有机太阳能电池的给/受体材料的组合搭配繁杂,导致有机太阳能电池活性层薄膜对太阳光的吸收和对光子的转换能力低下,从而导致有机太阳能电池光吸收弱、短路电流密度较低。
寻求一种简单有效的提高有机太阳能电池活性层薄膜对太阳光的吸收和对光子的转换能力,实现增强的短路电流密度从而提高光电转换效率的方法具有巨大的科学和现实意义。
基于此,如图1所示,本发明提供一种有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,包括步骤:
步骤S10:将给体材料、受体材料、2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂与溶剂进行混合后,得到混合溶液;
步骤S20:将所述混合溶液涂覆在基材上,在所述基材表面形成有机太阳能电池活性层薄膜。
在本实施方式中,通过在活性层中加入2H-苯并[1,2,3]三唑类(BT)光稳定剂作为外添加组分,制备得到的有机太阳能电池活性层薄膜与传统的提升有机太阳能电池器件转换效率的方法相比(开发新的光伏材料),本发明新型的光稳定剂外添加组分的方法具有巨大的优势,仅通过在活性层薄膜的溶液中加入2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂,持续搅拌后即可增强活性层薄膜对太阳光的吸收,提升有机太阳能电池的短路电流密度,最终实现有机太阳能电池器件效率的提升。并且由于此种方法有效的解决了有机太阳能电池中的吸收性能并减少了光伏材料的开发创新的巨大投入,在未来有机太阳能电池的产业化过程中具有无限的商业潜力,有望挖掘现有光伏材料的潜力,成为提高薄膜光吸收能力和光电转换效率增强的方法。
具体地,提升太阳能光子利用率的原因在于以下几点:
1、在添加后薄膜的吸收光谱发生变化,表现在吸收系数强度的增强和吸收的红移,吸收系数的增强说明了对光吸收能力的提升,同时也能判断通薄膜中分子的堆积得到有益的改善;
2、从光电性能测试的结果可以对比看出,添加后的短路电流密度增大,表明2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂的加入使得薄膜内部对电荷的传输和电荷的收集得到提升;
3、通过外量子效率测试的结果表明,添加后的外量子效率有更高的相应,表明对光子的利用率得到提升,从而实现在短路电流密度上的增强,最终提升光电转换效率。
在一种具体地实施方式中,所述步骤S20中的涂覆方式为旋涂。
在一些实施方式中,所述2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂选自
Figure BDA0004157784080000071
Figure BDA0004157784080000072
中的一种或多种;采用/>
Figure BDA0004157784080000073
Figure BDA0004157784080000074
Figure BDA0004157784080000081
中的一种或多种作为活性层薄膜的光稳定剂添加组分,可增强活性层薄膜对太阳光的吸收,提升有机太阳能电池的短路电流密度,最终实现有机太阳能电池器件效率的提升。
在一些实施方式中,所述给体材料选自
Figure BDA0004157784080000082
Figure BDA0004157784080000083
中的一种或多种,通常在活性层中受到光照后激发产生电子空穴对,电子空穴对解离后空穴沿着给体组成的给体相传输到阳极一侧。
在一些实施方式中,所述受体材料选自
Figure BDA0004157784080000084
Figure BDA0004157784080000085
Figure BDA0004157784080000091
Figure BDA0004157784080000092
中的一种或多种,通常在活性层中与给体材料形成互传网络结构,构建电荷的传输通道,且形成的受体相为电子转移到阴极一侧提供必要的传输途径。
在一些实施方式中,所述给体材料与所述受体材料的质量比为1:(1-2),在该给受体质量比条件下,能够有效获得合适的电荷传输和分离通道,构建优良的形貌。
在一些实施方式中,所述混合溶液中,所述给体材料和所述受体材料的总浓度为14-18mg/mL,所述2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂的浓度为1-3mg/mL。此处的浓度主要是为了实现100-150nm的薄膜厚度,在这个厚度下易于实现高性能的光电转换效率。
在一些实施方式中,所述步骤S10中的溶剂可选氯仿、氯苯、邻二甲苯、邻二氯苯、二氯甲烷、二硫化碳等有机溶剂。
除此之外,本发明还提供一种有机太阳能电池活性层薄膜,利用所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法制得。
本实施方式中,在有机太阳能电池活性层中使用外添加组分2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂进行调控,使得制得的有机太阳能电池活性层薄膜具有提升有机太阳能电池活性层薄膜对太阳光的吸收能力和增强有机太阳能电池的外量子效率的特点,从而提升有机太阳能电池的短路电流密度,最终实现有机太阳能电池器件效率的提升。
本发明还提供一种有机太阳能电池,包括衬底层、正极导电层、空穴传输层、电子传输层、负极导电层以及由所述有机太阳能电池活性层薄膜制备得到的活性层。
本实施方式中,当将所述有机太阳能电池活性层薄膜用于制备有机太阳能电池器件的活性层时,可以提高活性层的光吸收系数,以达到提升有机太阳能电池的短路电流和光电转化效率的目的。
在一些实施方式中,所述活性层的制备方法包括步骤:对所述有机太阳能电池活性层薄膜进行退火处理,得到所述活性层。
具体地,当要将所述有机太阳能电池活性层薄膜用于制备有机太阳能电池器件的活性层时,以制备有空穴传输层的基板为基材,且该基板有透明衬底及透明导电电极ITO组成,在空穴传输层上通过旋涂的方式制得所述有机太阳能电池活性层薄膜,然后经过退火处理后,即制得所述活性层。
具体地,本实施方式采用外添加2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂与光活性层共混后制备成薄膜,并保持采用热退火处理的情况下,提高活性层薄膜的光吸收系数,以达到提升有机太阳能电池的短路电流密度和光电转化效率的目的,并降低了有机太阳能电池的加工难度。
在一些实施方式中,所述退火处理的温度为85-110℃,所述退火处理的时间为5-10分钟;在该退火条件下,可以制得表面无缺陷、性能较佳的活性层。
在一种优选地实施方式中,所述退火处理的温度为100℃,所述退火处理的时间为5分钟。
在一些实施方式中,如图2所示,所述有机太阳能电池器件包括由透明衬底层10及透明导电电极ITO 20所组成的基板、以及依次沉积在基板上的空穴传输层30、活性层40、电子传输层50、负极60;所述空穴传输层沉积在所述透明衬底层上,与所述透明导电电极ITO并排设置且形成连接;所述负极为Ag电极,所述Ag电极包括三个,间隔排列设置在所述电子传输层背离所述活性层的一侧。
下面进一步举例实施例以详细说明本发明。同样应理解,以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
以下通过制备相应的有机太阳能电池器件来验证短路电流密度的提升,器件结构选取正置器件结构,正极材料选取Indium tin oxide(ITO),空穴传输层选取poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate)(PEDOT:PSS),活性层选取PM6为给体,Y6、BO-4Cl为受体,电子传输层选取aliphatic amine-functionalized perylene-diimide(PDINN),负极材料选取Ag。
具体地,实施例1-4所制得的有机太阳能电池器件的结构示意图如图3所示,从下至上依次叠设的透明衬底层1、透明导电电极ITO层2、空穴传输层3、活性层4、电子传输层5、Ag电极6;其中所述活性层4由给体材料7、受体材料8、2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂9组成。
实施例1
对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底层及透明导电电极ITO所组成的基板依次用清洗液、清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇进行超声清洗,清洗后用氮气吹干;将基板放入臭氧清洗机中处理30min后,在空气中旋涂空穴传输层材料PEDOT:PSS(旋涂转速4000rpm,旋涂时间20s),随后在空气中进行热退火处理(退火温度150℃,退火时间10min),制得PEDOT:PSS空穴传输层。
随后将样品传入充满氮气的手套箱中,在PEDOT:PSS空穴传输层上采用旋涂的方法制备活性层,旋涂转速为2000rpm-3500rpm,旋涂时间30s;其中混合溶液中的PM6:Y6的质量比为1:1.2,PM6与Y6在混合溶液的总浓度为16mg/mL,将光稳定剂
Figure BDA0004157784080000121
加入到PM6和Y6的溶液中共混后旋涂(光稳定剂在混合溶液的浓度为1.3mg/mL),制得活性层薄膜,该活性层薄膜的厚度约为100nm。
将得到的活性层薄膜在加热板上进行退火处理(退火温度100℃,退火时间5min),在空穴传输层上制得活性层;随后在活性层上旋涂电子传输层PDINN(旋涂转速3000rpm,旋涂时间20s),然后在电子传输层上蒸镀Ag电极(Ag电极的厚度为110nm);在标准测试条件下(AM1.5,100mW/cm2),测得数据如表1所示:
Figure BDA0004157784080000122
实施例2
对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底层及透明导电电极ITO所组成的基板依次用清洗液、清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇进行超声清洗,清洗后用氮气吹干;将基板放入臭氧清洗机中处理30min后,在空气中旋涂空穴传输层材料PEDOT:PSS(4000rpm,20s),随后在空气中进行热退火处理(150℃,10min),制得PEDOT:PSS空穴传输层。
随后将样品传入充满氮气的手套箱中,在PEDOT:PSS空穴传输层上采用旋涂的方法制备活性层,旋涂转速为2000rpm-3500rpm,旋涂时间30s;其中混合溶液中的PM6:Y6的质量比为1:1.2,PM6与Y6在混合溶液的总浓度为16mg/mL,将光稳定剂
Figure BDA0004157784080000131
加入到PM6和Y6的溶液中共混后旋涂(光稳定剂在混合溶液的浓度为1.6mg/mL),制得活性层薄膜,该活性层薄膜的厚度约为100nm。
将得到的活性层薄膜在加热板上退火处理(100℃,5min),在空穴传输层上制得活性层;随后在活性层上旋涂电子传输层PDINN(3000rpm,20s),然后在电子传输层上蒸镀Ag电极(110nm);在标准测试条件下(AM1.5,100mW/cm2),测得数据如表2所示:
Figure BDA0004157784080000132
实施例3
对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底层及透明导电电极ITO所组成的基板依次用清洗液、清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇进行超声清洗,清洗后用氮气吹干;将基板放入臭氧清洗机中处理30min后,在空气中旋涂空穴传输层材料PEDOT:PSS(4000rpm,20s),随后在空气中进行热退火处理(150℃,10min),制得PEDOT:PSS空穴传输层。
随后将样品传入充满氮气的手套箱中,在PEDOT:PSS空穴传输层上采用旋涂的方法制备活性层,旋涂转速为2000rpm-3500rpm,旋涂时间30s;其中混合溶液中的PM6:BO-4Cl的质量比为1:1.2,PM6与BO-4Cl在混合溶液的总浓度为16mg/mL,将光稳定剂
Figure BDA0004157784080000133
加入到PM6和BO-4Cl的溶液中共混后旋涂(光稳定剂在混合溶液的浓度为1.5mg/mL),制得活性层薄膜,该活性层薄膜的厚度约为100nm。
将得到的活性层薄膜在加热板上退火处理(100℃,5min),在空穴传输层上制得活性层;随后在活性层上旋涂电子传输层PDINN(3000rpm,20s),然后在电子传输层上蒸镀Ag电极(110nm);在标准测试条件下(AM1.5,100mW/cm2),测得数据如表3所示:
Figure BDA0004157784080000141
实施例4
对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底层及透明导电电极ITO所组成的基板依次用清洗液、清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇进行超声清洗,清洗后用氮气吹干;将基板放入臭氧清洗机中处理30min后,在空气中旋涂空穴传输层材料PEDOT:PSS(4000rpm,20s),随后在空气中进行热退火处理(150℃,10min),制得PEDOT:PSS空穴传输层。
随后将样品传入充满氮气的手套箱中,在PEDOT:PSS空穴传输层上采用旋涂的方法制备活性层,旋涂转速为2000rpm-3500rpm,旋涂时间30s;其中混合溶液中的PM6:BO-4Cl的质量比为1:1.2,PM6与BO-4Cl在混合溶液的总浓度为16mg/mL,将光稳定剂
Figure BDA0004157784080000142
加入到PM6和BO-4Cl的溶液中共混后旋涂(光稳定剂在混合溶液的浓度为2mg/mL),制得活性层薄膜,该活性层薄膜的厚度约为100nm。
将得到的活性层薄膜在加热板上退火处理(100℃,5min),在空穴传输层上制得活性层;随后在活性层上旋涂电子传输层PDINN(3000rpm,20s),然后在电子传输层上蒸镀Ag电极(110nm);在标准测试条件下(AM1.5,100mW/cm2),测得数据如表4所示:
Figure BDA0004157784080000151
对比例1
对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底层及透明导电电极ITO所组成的基板依次用清洗液、清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇进行超声清洗,清洗后用氮气吹干;将基板放入臭氧清洗机中处理30min后,在空气中旋涂空穴传输层材料PEDOT:PSS(4000rpm,20s),随后在空气中进行热退火处理(150℃,10min),制得PEDOT:PSS空穴传输层。
随后将样品传入充满氮气的手套箱中,在PEDOT:PSS空穴传输层上采用旋涂的方法制备活性层,旋涂转速为2000rpm-3500rpm,旋涂时间30s;其中混合溶液中的PM6:Y6的质量比为1:1.2,PM6与Y6在混合溶液的总浓度为16mg/mL,制得活性层薄膜的厚度约为110nm。
将得到的活性层薄膜在加热板上退火处理(90℃,5min);随后在活性层上旋涂电子传输层PDINN(3000rpm,20s),然后在电子传输层上蒸镀Ag电极(110nm);在标准测试条件下(AM1.5,100mW/cm2),测得数据如表5所示:
Figure BDA0004157784080000152
对比例2
对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底层及透明导电电极ITO所组成的基板依次用清洗液、清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇进行超声清洗,清洗后用氮气吹干;将基板放入臭氧清洗机中处理30min后,在空气中旋涂空穴传输层材料PEDOT:PSS(4000rpm,20s),随后在空气中进行热退火处理(150℃,10min),制得PEDOT:PSS空穴传输层。
随后将样品传入充满氮气的手套箱中,在PEDOT:PSS空穴传输层上采用旋涂的方法制备活性层,旋涂转速为2000rpm-3500rpm,旋涂时间30s;其中混合溶液中的PM6:BO-4Cl的质量比为1:1.2,PM6与BO-4Cl在混合溶液的总浓度为16mg/mL,制得活性层薄膜的厚度约为110nm。
将得到的活性层薄膜在加热板上退火处理(90℃,5min);随后在活性层上旋涂电子传输层PDINN(3000rpm,20s),然后在电子传输层上蒸镀Ag电极(110nm);在标准测试条件下(AM1.5,100mW/cm2),测得数据如表6所示:
Figure BDA0004157784080000161
最后,对实施例1和对比例1所制得的有机太阳能电池器件进行测试,其中图4为实施例1和对比例1测试的相同薄膜厚度下的薄膜吸收系数数据图,图5为实施例1和对比例1测试的器件外量子效率图,由图4和图5可知,实施例1的薄膜吸收光谱发生变化,表现在吸收系数强度的增强和吸收的红移,吸收系数的增强说明了对光吸收能力的提升,同时薄膜中分子的堆积得到有益的改善;通过外量子效率测试的结果表明(图5),添加后的外量子效率有更高的响应,表明对光子的利用率得到提升,从而实现在短路电流密度上的增强,这和吸收强度增强的结果一一对应。
综上所述,本发明提供的一种有机太阳能电池活性层薄膜及其制备方法、有机太阳能电池,该制备方法包括步骤:将给体材料、受体材料、2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂与溶剂进行混合后,得到混合溶液;将所述混合溶液涂覆在基材上,在所述基材表面形成有机太阳能电池活性层薄膜。本发明针对现有有机太阳能电池的活性层薄膜对光吸收利用不足的技术壁垒,在制备活性层薄膜时引入2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂作为外添加组分,调控有机太阳能电池活性层薄膜对太阳能光子的利用率,从而提高短路电流密度、增强光电性能;本发明仅通过在活性层薄膜的溶液中加入2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂,持续搅拌后即可增强活性层薄膜对太阳光的吸收,提升有机太阳能电池的短路电流密度,最终实现有机太阳能电池器件效率的提升;即不但提高有机太阳能电池的短路电流密度和光电转化效率的目的,还降低了有机太阳能电池的加工难度。
具体地,本发明提供的外添加组分2H-苯并[1,2,3]三唑类(BT)光稳定剂具有提升有机太阳能电池活性层薄膜对太阳光的吸收能力和增强有机太阳能电池的外量子效率的特点,所制备的有机太阳能电池具有较高的短路电流密度和较稳定的填充因子,从而提高有机太阳能电池的光电转换效率。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其特征在于,包括步骤:
将给体材料、受体材料、2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂与溶剂进行混合后,得到混合溶液;
将所述混合溶液涂覆在基材上,在所述基材表面形成有机太阳能电池活性层薄膜。
2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其特征在于,所述2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂选自
Figure FDA0004157784070000011
Figure FDA0004157784070000012
Figure FDA0004157784070000013
中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其特征在于,所述给体材料选自
Figure FDA0004157784070000014
Figure FDA0004157784070000015
中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其特征在于,所述受体材料选自
Figure FDA0004157784070000021
Figure FDA0004157784070000022
Figure FDA0004157784070000023
中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其特征在于,所述给体材料与所述受体材料的质量比为1:(1-2)。
6.根据权利要求1所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法,其特征在于,所述混合溶液中,所述给体材料和所述受体材料的总浓度为(14-18)mg/mL,所述2H-苯并[1,2,3]三唑类光稳定剂的浓度为(1-3)mg/mL。
7.一种有机太阳能电池活性层薄膜,其特征在于,利用如权利要求1-6任一所述的有机太阳能电池活性层薄膜的制备方法制得。
8.一种有机太阳能电池,其特征在于,包括衬底层、正极导电层、空穴传输层、电子传输层、负极导电层以及由权利要求7所述的有机太阳能电池活性层薄膜制备得到的活性层。
9.根据权利要求8所述的有机太阳能电池,其特征在于,所述活性层的制备方法包括步骤:对所述有机太阳能电池活性层薄膜进行退火处理,得到所述活性层。
10.根据权利要求9所述的有机太阳能电池,其特征在于,所述退火处理的温度为85-110℃,所述退火处理的时间为5-10分钟。
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