[发明专利]基于强关联电子体系的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池(organic solar cell，OSC)领域，具体涉及一种基于强关联电子体系的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，又叫光伏器件。有机太阳能电池就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池，具有制作简单、制备过程温度低、造价低廉、可以制作大面积柔性器件等优点。Kodak研究室的Tang报道了第一个PV(photovoltaic)异质结装置(C.W.Tang，“Two-layer organicphotovoltaic cell”，Appl.Phys.Lett.1986，48，183)。有机太阳能电池的基本结构包括阳极、空穴传输层、光活性层(photoactive layer)、电子传输层和阴极。将光能转换成电能可以分为三个主要过程：(1)吸收一定能量的光子产生电子空穴对-激子(exciton)；(2)激子在外加电场下或不同有机物的界面处(异质结)分离成自由的光生载流子(电子和空穴)；(3)光生载流子被太阳能电池的两极所收集，在外电路中产生电流，获得电能。

有机太阳能电池可以分别小分子、聚合物和染料敏化太阳能电池。小分子太阳能电池一般采用真空蒸镀技术，聚合物太阳能电池一般采用旋涂或喷墨打印技术制作。其中聚合物太阳能电池由于其简单的制作技术，可以制备低廉大面积器件而最具吸引力。一般将可溶性的甲撑富勒烯(受体，传输电子)与共轭聚合物(给体，传输空穴)混合形成光活性层，可以增加界面接触面积，利于激子的分离，提高器件的功率转换效率(power-conversion efficiency，PCE)。PCE即光电转换效率，是单位受光面积的最大输出功率P_max与入射的太阳光能量密度P_light的百分比，它是太阳能电池的一个重要输出特性，主要与器件结构、结的特性、材料性质和环境等有关。太阳能电池在短路条件下的工作电流称为短路光电流(I_sc)，等于光子转换成电子-空穴对的绝对数量，此时电池输出的电压为零。太阳能电池在开路条件下的输出电压称为开路光电压(V_oc)，此时电池输出的电流为零。太阳能电池无光照时外加电压和电流之间的关系曲线叫光电池的暗特性曲线，在一定光照下端电压和通过负载的工作电流的关系曲线叫光电池的伏安特性曲线。其中任一工作点的输出功率等于(V×I)矩形面积。填充因子FF＝P_max/(V_oc×I_sc)，是输出特性曲线“方形”程度的量度，FF越大，太阳能电池的性能越好。