CN116903831A - 一种双聚噻吩材料体系及其应用 - Google Patents

一种双聚噻吩材料体系及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双聚噻吩材料体系及其应用，属于太阳能电池领域，包括任意两种结构不同的聚噻吩材料；本发明还公开了该双聚噻吩材料体系在光伏电池中的应用。本发明不仅能够避免材料相容性差异过大以及能级不匹配带来的问题，优化有机光伏活性层材料的薄膜形貌，进而有效提升光伏器件性能和热稳定性；还能简化第三组分的筛选过程，无需复杂的合成过程，仅需将两种低成本聚噻吩材料共混，大大降低生产成本，具备经济且环境友好的优点；另外，本发明提出的双聚噻吩材料体系可直接作为钙钛矿太阳能电池与量子点太阳能电池的界面层材料，加速电荷的传输与有效收集，大大提升光伏器件性能。

Description

一种双聚噻吩材料体系及其应用
技术领域
本发明属于太阳能电池材料技术领域，尤其涉及一种双聚噻吩材料体系及其应用。
背景技术
太阳能电池是一种能够通过光生伏特效应将光能直接转换为电能的器件，也是目前最具发展前景的太阳能利用技术之一。尽管新型太阳能电池近年来在器件光伏性能和稳定性方面均取得了巨大进展，但与发展良好的硅晶光伏相比，它们的商业应用仍然受到很大的阻力。为了应对挑战，综合考虑到太阳能电池的“金三角”，即太阳能电池的效率、稳定性和成本，研究科研人员将不断致力于开发高性能和稳定的低成本新型光伏太阳能电池。
聚噻吩是一类化学结构简单、批次性差异小、易加工且低成本(10$/g)的光伏聚合物材料，在有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和量子点太阳能电池等各类溶液加工的光伏器件中具有广泛的应用。此外，相较于其他高效率聚合物材料，聚噻吩可以通过环境友好的缩聚反应一步合成，在商业化应用方面表现出了巨大的竞争力。尽管聚噻吩材料极具商业化应用潜力，其器件性能及稳定性仍略低于高效的推-拉型(D-A型)共轭聚合物材料。因此，如何提供一种商业化潜力高，且性能优异的太阳能电池材料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种双聚噻吩材料体系及其应用。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种双聚噻吩材料体系，其特征在于，包括两种不同结构的含有取代基的聚噻吩；
所述取代基包括烷基、酯基、乙烯基、卤素、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、氰基、异氰基、硫烷基、磺酰基、亚磺酰基和膦基中的一种或任意几种；
所述两种含有取代基的聚噻吩的质量比为(1-10):(1-10)。
优选的，包括P3BT、P3PT、P3HT、P3HpT、P3OT、PDCBT、PDCBT-F、PDCBT-2F、PDCBT-Cl、PDCBT-2Cl、PDCBT-Cl-Si5、PDCBT-Cl-Si10、PDCBT-Cl-Si15、PDCBT-Cl-Si、P6T-F00、P6T-F50、P6T-F75、P6T-F100、P4T2F-BO/HD、P5TCN-2F、P5TCN-F0、P5TCN-F25、P5TCN-F35、P5TCN-F50、PT-2F、PT-4F、PBSBT-2F、P301、P302、PTST、PBSBT-2F、PTVT-T、PTOBT-Z、PBDD4T、PBDD4T-2F、PBDD-ff4T中的任意两种。
具体为以下结构：
优选的，包括PBSBT-2F、P5TCN-2F、P3HT、P3PT与PTVT-T中的任意两种。
有益效果：本发明以一种聚噻吩(P1)以及与其具有相同主链结构、不同侧链的聚噻吩(P2)的共混物应用于光伏器件中，可以优化共混体系的溶液态聚集结构并精细调控共混体系的薄膜固态微结构，进而有利于实现器件性能的提升。相较于单组分材料体系，双聚噻吩体系具有更理想的聚集态结构及电荷传输性能；相较于双组分不同源(非同类型聚合物材料)材料体系，双聚噻吩体系可以精细调控体系的结晶行为、改善薄膜的微观形貌，更加精细地调控共混体系的聚集态结构及电荷传输性能，进而有效提升各类光伏电池的器件效率和稳定性；
本发明中结构相似的P1和P2表现出不同的结晶性质，双聚噻吩的结晶参数随P2含量的增加呈现出单调的变化趋势(如图1所示)，表明结构相似的聚合物给体的引入能够实现对共混体系各项性能的精细调控。通过掠入射X-射线衍射技术表征基于双聚噻吩的有机光伏共混体系的分子堆积结构，具体实验方法如下所述：使用水、丙酮、异丙醇顺序清洗硅片基底，将其置于紫外臭氧清洗机中处理25min，随后将活性层溶液旋涂硅片上(活性层溶液的配置及旋涂过程见有机太阳能电池的制备方法中活性层的制备)。测试时使用10keV的X-射线，以0.15°的入射角测定共混薄膜的分子堆积方式，表征结果如图2所示。另外，透射电子显微镜以及原子力显微镜技术表征了基于双聚噻吩体系共混薄膜的微观形貌，结果显示基于双聚噻吩的共混薄膜相较于单聚噻吩的共混薄膜表现出更高的分子缠结，优化了共混薄膜的形貌。
一种双聚噻吩材料体系在光伏器件中的应用。
有益效果：本发明双聚噻吩材料体系的应用增强了聚合物链间相互作用，抑制了受体分子的聚集，降低了共混薄膜的相分离程度，其中面对面(Face-on)的堆积取向比例的提高为各类光伏电池的电荷传输提供了有利条件。同时，双聚噻吩材料体系中分子间相互作用和缠结大大增强，抑制了聚合物材料在热应力作用下的运动能力，进而应用于各类光伏器件中时能够表现出良好的光伏性能和优异的热稳定性。
优选的，所述光伏器件包括有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池。
有益效果：本发明基于双聚噻吩的有机光伏活性层材料具有更有序的分子堆积和合适的相分离形貌，使得基于该双聚噻吩的有机光伏活性层材料的有机太阳能电池的器件性能和稳定性有所提升。另外，基于双聚噻吩的有机界面层材料具有更有序的分子堆积和合适的相分离形貌，使得基于该双聚噻吩的有机界面层的钙钛矿太阳能电池和量子点太阳能电池的器件性能和稳定性有所提升。
一种有机太阳能电池，包括依次层叠的导电玻璃、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极，所述活性层包括所述双聚噻吩材料体系。
有益效果：本发明基于双聚噻吩的有机光伏活性层材料具有更有序的分子堆积、更有利于电荷传输的面对面分子取向，以及合适的相分离形貌。有机太阳能电池制备按照导电玻璃、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极的顺序制备，所得的基于该双聚噻吩的有机光伏活性层材料的有机太阳能电池具有更高的器件性能和稳定性。
一种有机太阳能电池的制备方法，结构如图3所示，包括以下步骤：
(1)将ITO导电玻璃依次经过异丙醇、洗涤剂稀释液、去离子水、丙酮、异丙醇清洗，再用紫外-臭氧清洗机对ITO导电玻璃基底表面进行紫外光照处理25min，其中，紫外光照波长为185nm和254nm，照射强度为70MW/cm2，以提高基底表面洁净度和润湿性。将PEDOT:PSS与水以1：1的体积比例混合后，用0.22μm的聚四氟乙烯水系过滤器过滤，得到PEDOT:PSS溶液，然后在室温下，采用静态旋涂法将PEDOT:PSS溶液旋涂在ITO基底表面，转速为5000rpm，旋涂时间为30s，膜厚约为30nm，随后置于150℃的烘箱中退火25min，退火完成后快速将衬底转移至手套箱中备用，待其冷却，在PEDOT:PSS层上制备活性层；
(2)活性层的制备：将双聚噻吩给体和受体以质量比为(1-10):(1-10)混合得到的混合物按照单组分浓度4-30mg/mL的条件溶于有机溶剂中，得到混合溶液，其中双聚噻吩给体为所述双聚噻吩材料体系，随后将所述混合溶液置于温度为室温-120℃，转速为50-500rpm的磁力搅拌器上加热溶解4-8h。采用动态旋涂或静态旋涂或刮涂等方法将混合溶液在500-8000rpm的转速下旋涂40s-180min，得到厚度约为100-500nm的三元共混薄膜。对其进行合适的后处理完成有机太阳能电池活性层的制备。
所述后处理为在80-150℃热退火10min和/或溶剂蒸汽退火1-5min。
(3)在活性层上继续旋涂5-20nm的电子传输层溶液(如PFN、PFN-Br、PDIN、PDINN、FTBTF-N或FPI-PEIE的甲醇溶液，以及SnO2、TiO2、ZnO、AZO溶液等)。
以PFN-Br电子传输层为例，将PFN-Br溶于甲醇中，得到浓度为0.5-2mg/mL的PFN-Br溶液，并将其在50-1200rpm下过夜搅拌，然后利用0.22μm的聚四氟乙烯有机系过滤器过滤后，在3000-6000rpm的转速下旋涂至活性层上，旋涂时间为20-120s。然后将导电基底朝上放置，使用尖头镊子刮去右侧约2mm宽的界面传输层和活性层。将制备好的样品置于掩膜板中，蒸镀银电极，当真空度低于1.5×10-4Pa时开始蒸镀，电极厚度约为20-300nm，电池有效面积为0.038mm2。
有益效果：本发明基于双聚噻吩的有机光伏活性层材料具有更有序的分子堆积、更有利于电荷传输的面对面分子取向，以及合适的相分离形貌。有机太阳能电池制备按照ITO导电玻璃、空穴传输层、活性层、有机电子传输层和金属电极的顺序制备，所得的基于该双聚噻吩的有机光伏活性层的有机太阳能电池具有更高的器件性能和稳定性。
一种量子点太阳能电池，结构如图4所示，包括依次层叠的ITO导电玻璃、空穴传输层、量子点层、有机界面层(又称电子传输层)和金属电极，所述有机界面层包括所述双聚噻吩材料体系。
一种量子点太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)基底准备：将ITO导电玻璃依次用蒸馏水、洗洁精、丙酮、异丙醇超声清洗20min，然后将ITO导电玻璃片使用氮气吹干后放入紫外臭氧清洗机(UVO)中处理15min，得到ITO玻璃衬底；
(2)电子传输层的制备：首先配置ZnO的溶胶凝胶，即200mg的醋酸锌和2mL的二甲氧基乙醇以及55uL的乙醇胺共混，室温下搅拌过夜。随后，将ZnO溶胶凝胶以3000-6000r/min转速旋涂在步骤(1)所得ITO玻璃衬底上40s，然后置于200℃的热台上热退火40min-1h，重复旋涂ZnO溶胶凝胶和热退火2次，得到总厚度为50-200nm的ZnO薄膜；
(3)量子点层的制备：将16mmolPbI2和1mmol二苯基硫脲(DPhTA)溶于20mL二甲基甲酰胺(DMF)中，在氩气保护下搅拌，控制温度20℃，待所有固体试剂全部溶解后，注入1mL正丁胺(BA)，完成硫铅量子点的制备。随后将7mmol四丁基碘化铵(TBAI)加入到1mLDMF中，加入25mL甲苯，12000rpm离心5min。真空干燥后，将制备的硫铅量子点与DMF混合，得到浓度为1000mg/mL的硫铅量子点溶液，然后将其旋涂在步骤(2)所得的ZnO薄膜上形成100-500nm的量子点薄膜，并在75℃热台上退火5-30min，得到量子点层；
(4)空穴传输层的制备：将一定质量比的聚噻吩材料与其结构相近的另一种聚噻吩材料共混物按照单组分浓度为4-25mg/mL的条件溶于有机溶剂中，然后将其在55℃下溶于二甲苯溶剂中配置成6mg/mL的溶液。随后将双聚噻吩混合溶液在温度为室温-120℃，转速为50-500rpm的条件下加热溶解4h以上。随后，采用动态旋涂等方法将混合溶液在加速度为100-2000r/min，转速为500-8000rpm的条件下，在步骤(3)所得活性层上旋涂40s-180s，得到厚度约为10-200nm的空穴传输层薄膜；
(5)MnO3和金属电极的蒸镀：将步骤(4)得到的样品放置在掩模版中然后转移到真空热蒸镀设备中，关好蒸镀仓门后开始抽真空，待仓内压力低于1×10-4Pa后开始蒸镀，MnO3层所需蒸镀厚度为2-50nm，电极采用金属银电极，厚度为80-300nm。
有益效果：本发明基于双聚噻吩的有机界面层具有更有序的分子堆积、更有利于电荷传输的面对面分子取向，以及合适的相分离形貌。量子点太阳能电池制备按照ITO导电玻璃、空穴传输层、活性层、有机电子传输层和金属电极的顺序制备，所得的基于该双聚噻吩的有机界面层的量子点太阳能电池具有更高的器件性能和稳定性。
一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的ITO导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层、有机界面层(又称空穴传输层)和金属电极，所述有机界面层(空穴传输层)包括所述双聚噻吩材料体系。
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，结构如图5所示，包括以下步骤：
(1)基底准备：将ITO导电玻璃依次用蒸馏水、洗洁精、丙酮、异丙醇超声清洗20min，然后将ITO导电玻璃片使用氮气吹干后放入紫外臭氧清洗机(UVO)中处理15min，得到ITO玻璃衬底；
(2)电子传输层的制备：将质量分数为15％的SnO2分散液用去离子水稀释，其中，水与15％的SnO2分散液的质量比为5：1，然后以3000-6000r/min的转速旋涂在步骤(1)所得ITO玻璃衬底上，旋涂完成后将其置于100℃热台上退火30min，使SnO2形成致密薄膜，完成电子传输层的制备；
(3)钙钛矿层的制备：首先将1.35mol的PbI2、0.0675mol的CsI溶解于有机溶剂中，其中，该有机溶剂为DMF与DMSO以体积比/质量比9:1混合得到，然后在55℃热台上搅拌12h，得到无机盐溶液。进一步的，将0.4g的FAI、0.2g的MAI、0.05g的MABr和0.05g的MACl溶于10ml的异丙醇中，在手套箱中搅拌至澄清，得到有机盐溶液。
然后在步骤(2)所得电子传输层上旋涂无机盐溶液，其中，加速度为1000rpm/min，转速为500-5000r/min，旋涂时间为30s-120s，随后，将其转移到50℃热台上退火1min以加速溶剂挥发。待冷却后，在无机盐层上继续旋涂有机盐溶液，其中，加速度为2000，转速为500-5000r/min，旋涂时间为30s-120s，旋涂完成后转移到120℃热台上退火15min，得到钙钛矿层；
(4)空穴传输层的制备：将一定质量比的聚噻吩材料与其结构相近的另一种聚噻吩材料共混物按照单组分浓度为4-25mg/mL的条件溶于有机溶剂中，随后将双聚噻吩混合溶液在温度为室温-120℃，转速为50-500rpm的条件下加热溶解4h以上。随后，采用动态旋涂等方法将混合溶液在加速度为100-2000rpm/min，转速为500-8000rpm的条件下旋涂40s-180min，得到厚度约为10-200nm的界面层薄膜；
(5)MnO3和金属电极的蒸镀：将步骤(4)所得样品放置在掩模版中然后转移到真空热蒸镀设备中，关好蒸镀仓门后开始抽真空，待仓内压力低于1×10-4Pa后开始蒸镀，MnO3层所需蒸镀厚度为2-50nm，电极采用金属银电极，厚度为80-300nm。
有益效果：本发明基于双聚噻吩的有机界面层具有更有序的分子堆积、更有利于电荷传输的面对面分子取向，以及合适的相分离形貌。钙钛矿太阳能电池制备按照ITO导电玻璃、空穴传输层、活性层、有机电子传输层和金属电极的顺序制备，所得的基于该双聚噻吩的有机界面层的钙钛矿太阳能电池具有更高的器件性能和稳定性。
本发明公开了一种双聚噻吩材料体系及其应用，相较于两种噻吩单体单元无规共聚而成的聚噻吩无规共轭聚合物，本发明不仅能够避免材料相容性差异过大以及能级不匹配带来的问题，简化第三组分的筛选过程，且无需复杂的合成过程，仅需将两种聚噻吩材料共混，大大降低生产成本，具备经济且环境友好的优点；
本发明提供的双聚噻吩材料体系可广泛应用于制备多种有机光电器件，可以作为有机光伏给体材料，与有机光伏小分子受体材料(如Y6,N3,O-IDTBR,BTP-eC9,ITIC,IDIC等)或与有机光伏聚合物受体材料(如N2200,PY-IT,PY2F-T等)共混制备有机太阳能电池的活性层材料，材料间相互交错，形成连续且互相贯穿的网络结构，极大地增加给体和受体材料的接触面积，有利于激子高效解离与电荷传输。另外，本发明提供的双聚噻吩材料体系可直接作为钙钛矿太阳能电池与量子点电池的界面层材料，加速电荷的传输与有效收集，大大提升光伏器件性能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为单组份或共混光伏材料的第二次升温过程的差示扫描量热曲线；
图2为基于双聚噻吩材料体系的分子堆积结构表征(GIWAXS测试)；
图3为有机太阳能电池的器件结构示意图；
图4为量子点太阳能电池的器件结构示意图；
图5为钙钛矿太阳能电池的器件结构示意图；
图6为实施例1和对比例1的电流-电压曲线；
图7为实施例1和对比例1的器件的外量子效率曲线；
图8为实施例1和对比例1的器件在85℃持续退火下的归一化效率曲线；
图9为实施例2和对比例2的电流-电压曲线；
图10为实施例3和对比例3的量子点太阳能电池的J-V曲线；
图11为实施例3和对比例3的量子点太阳能电池的热稳定性；
图12为实施例4和对比例4的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种有机太阳能电池的制备方法，包括依次层叠的导电玻璃、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极，其制备方法包括以下步骤：
(1)将ITO导电玻璃依次经过异丙醇、洗涤剂稀释液、去离子水、丙酮、异丙醇清洗，再用紫外-臭氧清洗机对ITO导电玻璃基底表面进行紫外光照处理25min，其中，紫外光照波长为185nm和254nm，照射强度为70MW/cm2，以提高基底表面洁净度和润湿性。将PEDOT:PSS与水以1：1的质量比混合后，用0.22μm的聚四氟乙烯水系过滤器过滤，得到PEDOT:PSS溶液，然后在室温下采用静态旋涂法将PEDOT:PSS溶液旋涂在ITO基底表面，转速为5000rpm，旋涂时间为30s，膜厚约为30nm，随后置于150℃的烘箱中退火25min，退火完成后快速将衬底转移至手套箱中备用，待其冷却，在PEDOT:PSS层上制备活性层；
(2)活性层的制备：将质量比为1:1的PBSBT-2F与P5TCN-2F混合，得到双聚噻吩混合物，然后将其与经典的非富勒烯小分子受体Y6按照PBSBT-2F、P5TCN-2F与Y6质量比为1:1:2共混，再溶于氯仿溶剂中配置成总浓度为20mg/mL的混合溶液。
随后将所述混合溶液置于温度为45℃下，转速为200rpm的磁力搅拌器上加热溶解4h。采用动态旋涂的方法将混合溶液在2500rpm的转速下旋涂40s，得到厚度约为200nm的三元共混薄膜，然后置于85℃的热台上进行退火处理，测定器件持续退火0、24、48、72、144以及240h下的器件效率。
(3)在活性层上继续旋涂5nm的电子传输层溶液，其中，电子传输层溶液为PFN-Br电子传输层，具体制备方法为：将PFN-Br溶于甲醇中，得到浓度为0.5mg/mL的PFN-Br溶液，并将其在500rpm下过夜搅拌，然后利用0.22μm的聚四氟乙烯有机系过滤器过滤后，在5000rpm的转速下旋涂至活性层上，旋涂时间为50s。然后将导电基底朝上放置，使用尖头镊子刮去右侧约2mm宽的界面传输层和活性层。将制备好的样品置于掩膜板中，蒸镀银电极，当真空度低于1.5×10-4Pa时开始蒸镀，电极厚度约为200nm，电池有效面积为0.038mm2。
对比例1
一种有机太阳能电池的制备方法，与实施例1不同之处在于：仅将PBSBT-2F聚噻吩给体与经典的非富勒烯小分子受体Y6按照1：1的质量比共混，然后溶于氯仿溶剂中配置成20mg/mL的溶液。
实施例1和对比例1所得器件的电流-电压曲线、外量子效率曲线以及器件在持续退火条件下的归一化效率变化趋势图分别见附图6，7和8所示。可以看出，相较于对比例1，实施例1(即基于双聚噻吩材料体系的器件)具有更高的器件性能和热稳定性。
实施例2
一种量子点太阳能电池的制备方法，包括依次层叠的ITO玻璃、ZnO层、PbS量子点、聚合物和电极，其制备方法包括以下步骤：
(1)基底准备：将ITO导电玻璃依次用蒸馏水、洗洁精、丙酮、异丙醇超声清洗20min，然后将ITO导电玻璃片使用氮气吹干后放入紫外臭氧清洗机(UVO)中处理15min，得到ITO玻璃衬底；
(2)电子传输层的制备：首先配置ZnO的溶胶凝胶，即200mg的醋酸锌和2mL的二甲氧基乙醇以及55uL的乙醇胺共混，室温下搅拌过夜。随后，将ZnO溶胶凝胶以3000r/min转速旋涂在步骤(1)所得ITO玻璃衬底上40s，然后置于200℃的热台上热退火40min-1h，重复旋涂和热退火2次，得到总厚度为150nm的ZnO薄膜；
(3)量子点层的制备：将16mmolPbI2和1mmol二苯基硫脲(DPhTA)溶于20mL二甲基甲酰胺(DMF)中，在氩气保护下搅拌，控制温度20℃，待所有固体试剂全部溶解后，注入1mL正丁胺(BA)，完成硫铅量子点的制备。随后将7mmol四丁基碘化铵(TBAI)加入到1mLDMF中，加入25mL甲苯，12000rpm离心5min。真空干燥后，将制备的硫铅量子点与DMF混合，得到浓度为1000mg/mL的硫铅量子点溶液，然后将其旋涂在步骤(2)所得ZnO薄膜上形成300nm的量子点薄膜，并在75℃热台上退火20min，得到量子点层；
(4)空穴传输层的制备：将质量比为3：1的PT-2F和PTST混合，得到双聚噻吩材料体系，然后将其在55℃下溶于二甲苯溶剂中配置成6mg/mL的溶液。随后将双聚噻吩混合溶液在室温下，转速为50-500rpm的条件下加热溶解4h以上。采用动态旋涂的方法将混合溶液在加速度为2000rpm/min，转速为5000rpm的条件下，在步骤(3)所得量子点层上旋涂120s，得到厚度约为30nm的空穴传输层薄膜；
(5)MnO3和金属电极的蒸镀：将步骤(4)得到的样品放置在掩模版中然后转移到真空热蒸镀设备中，关好蒸镀仓门后开始抽真空，待仓内压力低于1×10-4Pa后开始蒸镀，MnO3层所需蒸镀厚度为10nm，电极采用金属银电极，厚度为200nm。
对比例2
一种量子点太阳能电池的制备方法，与实施例2不同之处在于，将其中的双聚噻吩材料体系替换为PT-2F聚噻吩，将其溶于二甲苯溶剂中配置成6mg/mL的溶液。
实施例2和对比例2所得器件的电流-电压曲线见附图9。可以看出，相较于对比例2，实施例2(即基于双聚噻吩的器件)具有更高的器件性能。
实施例3
一种量子点太阳能电池，包括依次层叠的ITO玻璃、ZnO层、PbS量子点、聚合物和电极，其制备方法包括以下步骤：
(1)基底准备：将ITO导电玻璃依次用蒸馏水、洗洁精、丙酮、异丙醇超声清洗20min，然后将ITO导电玻璃片使用氮气吹干后放入紫外臭氧清洗机(UVO)中处理15min，得到ITO玻璃衬底；
(2)电子传输层的制备：首先配置ZnO的溶胶凝胶，即200mg的醋酸锌和2mL的二甲氧基乙醇以及55uL的乙醇胺共混，室温下搅拌过夜。随后，将ZnO溶胶凝胶以3000r/min转速旋涂在步骤(1)所得ITO玻璃衬底上40s，然后置于200℃的热台上热退火40min-1h，重复旋涂和热退火2次，得到总厚度为150nm的ZnO薄膜；
(3)活性层的制备：继而将制备的硫铅量子点分散至DMF中，得到浓度为1000mg/mL的硫铅量子点的DMF溶液，然后旋涂在ZnO上形成厚度为300nm的量子点薄膜，并在75℃下进行退火后处理15min，得到活性层；
(4)空穴传输层的制备：将质量比为5：1的P3HT与PTVT-T溶解于氯苯中，得到浓度为6mg/mL的双聚噻吩混合溶液，随后将双聚噻吩混合溶液在温度为50℃，转速为300rpm的条件下加热溶解4h以上。随后，在旋膜前半小时在有机聚合物溶液中添加0.5％的溶剂添加剂1,8-二辛烷(DIO)，置于热台上搅拌使其充分混匀，并以2000rpm的转速旋涂在量子点活性层上，得到空穴传输层；
(5)MnO3和金属电极的蒸镀：将步骤(4)所得样品放置在掩模版中然后转移到真空热蒸镀设备中，关好蒸镀仓门后开始抽真空，待仓内压力低于1×10-4Pa后开始蒸镀，MnO3层所需蒸镀厚度为8nm，电极采用金属银电极，厚度为120nm。
对比例3
一种量子点太阳能电池的制备方法，与实施例3的不同之处在于，其中的双聚噻吩的共混溶液替换为聚噻吩P3HT在氯苯中的溶液。
由图10可以得知，相较于对比例3，实施例3的器件性能从8.7％提高到11％，这是迄今为止该领域的最高值。经短时热退火后，器件光伏性能出现明显的提升，实施例3的器件T80寿命(器件性能降至初始效率的80％所对应的热退火时间)达到了400h以上的热稳定性(图11)。此外，通过使用双聚噻吩材料作为钙钛矿电池的空穴传输层，使得钙钛矿太阳能电池的器件性能从14.8％提高到15.7％。
实施例4
一种钙钛矿太阳能电池，其制备方法包括以下步骤：
(1)基底准备：将ITO玻璃片先后用蒸馏水、洗洁精、丙酮、异丙醇超声清洗20min，然后用氮气吹干。放入紫外臭氧清洗机(UVO)中处理15min待用。
(2)电子传输层：将15％的SnO2分散液用水进行稀释，搅拌均匀后以3000r/min转速旋涂在ITO玻璃片上，旋涂完成后将片子置于100℃热台上退火30min，使SnO2形成致密薄膜，的大电子传输层。
(3)钙钛矿活性层：钙钛矿活性层使用两步法合成，首先配制无机盐溶液，将1.35M的PbI2、0.675M的CsI溶解与DMF:DMSO＝9:1的溶液中，55℃搅拌12h，有机盐溶液是将0.4g的FAI、0.2g的MAI、0.05g的MABr和0.05g的MACl溶于10ml异丙醇中，在手套箱中搅拌至澄清。制备流程是首先旋涂无机盐溶液，转速为2000r/min，加速度为1000rpm/min，旋涂时间为60s，将片子转移到50℃热台上退火10min以加速溶剂挥发。待片子冷却后旋涂有机盐溶液，转速为2000r/min，加速度为2000rpm/min，旋涂时间为60s，旋涂完成后将片子转移到120℃热台上退火15min，得到钙钛矿层。
(4)空穴传输层制备：使用P3PT和P3HT共混噻吩配置为空穴传输层溶液，浓度为4mg/ml，溶剂为氯苯，无添加剂，旋涂条件为3000r/min，加速度为2000rpm/min，旋涂成膜形成空穴传输层。
(5)金属电极的蒸镀：将上述制备好的样品放置在掩模版中然后转移到真空热蒸镀设备中，关好蒸镀仓门后开始抽真空，待仓内压力低于1×10-4Pa后开始蒸镀，电极采用金属银电极，厚度为80nm。
对比例4
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，与实施例4的不同之处在于，其中的双聚噻吩的共混溶液替换为聚噻吩P3HT在氯苯中的溶液，浓度为4mg/ml。
实施例4和对比例4所得器件的电流-电压曲线见附图12。可以看出，相较于对比例4，实施例4(即基于双聚噻吩空穴传输层的钙钛矿太阳能电池)具有更高的器件性能。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种双聚噻吩材料体系，其特征在于，包括两种不同结构的含有取代基的聚噻吩；
所述取代基包括烷基、酯基、乙烯基、卤素、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、氰基、异氰基、硫烷基、磺酰基、亚磺酰基和膦基中的一种或任意几种；
所述两种含有取代基的聚噻吩的质量比为(1-10):(1-10)。
2.根据权利要求1所述的双聚噻吩材料体系，其特征在于，包括P3BT、P3PT、P3HT、P3HpT、P3OT、PDCBT、PDCBT-F、PDCBT-2F、PDCBT-Cl、PDCBT-2Cl、PDCBT-Cl-Si5、PDCBT-Cl-Si10、PDCBT-Cl-Si15、PDCBT-Cl-Si、P6T-F00、P6T-F50、P6T-F75、P6T-F100、P4T2F-BO/HD、P5TCN-2F、P5TCN-F0、P5TCN-F25、P5TCN-F35、P5TCN-F50、PT-2F、PT-4F、PBSBT-2F、P301、P302、PTST、PBSBT-2F、PTVT-T、PTOBT-Z、PBDD4T、PBDD4T-2F、PBDD-ff4T中的任意两种。
3.根据权利要求2所述的双聚噻吩材料体系，其特征在于，包括PBSBT-2F、P5TCN-2F、P3HT、P3PT与PTVT-T中的任意两种。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的双聚噻吩材料体系在光伏器件中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述光伏器件包括有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池。
6.一种有机太阳能电池，其特征在于，包括活性层，所述活性层包括权利要求1-3任一项所述的双聚噻吩材料体系。
7.一种量子点太阳能电池，其特征在于，包括界面层薄膜，所述界面层薄膜包括权利要求1-3任一项所述的双聚噻吩材料体系。
8.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括空穴传输层，所述空穴传输层包括权利要求1-3任一项所述的双聚噻吩材料体系。
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