[发明专利]半透明有机太阳能电池及其制法与在光伏农业大棚中的应用

说明书

本发明公开了一种可应用于光伏农业大棚的半透明有机太阳能电池及其制备方法与其在光伏农业大棚中的应用。所述半透明有机太阳能电池中的活性层为基于有机聚合物52充当给体、非富勒烯小分子IEICO‑4F与富勒烯PC₇₁BM充当受体的二元或三元体系，所述有机聚合物J52、非富勒烯小分子IEICO‑4F、富勒烯PC₇₁BM的质量比为1:(0～1.5):(0～1.5)，所述活性层厚度为90～100nm。所述太阳能电池的活性层为在红外及近红外波段吸收较强的有机材料。通过使尽量多的可见光透过，非可见光被反射进而被活性层吸收利用，从而同时提高器件的平均透过率及能量转换效率。

技术领域

本发明属于有机光电器件技术领域，具体涉及一种可应用于光伏农业大棚的半透明有机太阳能电池及其制备方法与其在光伏农业大棚中的应用。

背景技术

有机太阳能电池具有成本低、质量轻、柔性、半透明、可溶液加工，易于大面积制备等优点。与无机材料相比，有机吸光层材料具有吸收光谱不连续，且可通过改变其结构来改变吸收光谱的特点，易制成在可见光波段半透明的太阳能电池。目前，同时实现半透明器件较高的能量转换效率及透光率仍面临着较大的挑战。近年来，非富勒烯受体材料由于具有易于合成、能带易调控及可见光区或近红外光区吸收强等优点，引起了科研界的广泛关注，目前，基于非富勒烯的单节有机太阳能电池的效率已经超过13％(J.Am.Chem.Soc.2017,139,7148)。进一步结合非富勒烯受体材料较宽较强的吸收以及富勒烯受体材料较高的电子迁移率的优点，构建三元体系的有机太阳能电池，可将单节有机太阳能电池的效率进一步提高到14％(Sci.Bull.2017,62,1562)。基于在红外及近红外波段有吸收的非富勒烯受体材料的高效体系的出现，一方面有利于半透明有机太阳能电池性能的提高，因非可见光可被反射进而被活性层吸收利用；另一方面可推动半透明有机太阳能电池在建筑物窗户或汽车玻璃等方面的应用。此外，光伏农业大棚也是半透明有机太阳能电池的潜在重要应用领域之一，然而，目前文献中还没有关于如何根据绿色植物的吸收光谱选择适用于光伏农业大棚的有机材料体系的报道。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种可应用于光伏农业大棚的半透明有机太阳能电池。所述太阳能电池的活性层为在红外及近红外波段吸收较强的有机材料。通过使尽量多的可见光透过，非可见光被反射进而被活性层吸收利用，从而同时提高器件的平均透过率及能量转换效率。此外，所述半透明有机太阳能电池的透射光谱与绿色植物中的主要成分叶绿素的吸收光谱匹配。

本发明的另一目的在于提供上述半透明有机太阳能电池的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述半透明有机太阳能电池的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种半透明有机太阳能电池，包括依次层叠的衬底、透明阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层以及透明阴极；所述活性层为基于有机聚合物J52充当给体、非富勒烯小分子IEICO-4F与富勒烯PC₇₁BM充当受体的二元或三元体系，所述有机聚合物J52、非富勒烯小分子IEICO-4F、富勒烯PC₇₁BM的质量比为1:(0～1.5):(0～1.5)，所述活性层厚度为90～100nm。

所述有机聚合物J52在文献(Haijun Bin,etc.Non-Fullerene Polymer SolarCells Based on Alkylthio and Fluorine Substituted 2D-Conjugated PolymersReach 9.5％Efficiency[J].Journal of the American Chemical Society.2016,138,4657-4664)中已公开，结构式为：

优选的，所述空穴传输层为PEDOT:PSS，厚度为30～50nm。