[发明专利]太阳能电池及其制备方法

说明书

本申请提供一种太阳能电池，其包括第一电池活性层和第二电池活性层，其中所述第一电池活性层和所述第二电池活性层两者中之一包含受体材料F‑M且两者中另一活性层包含选自以下的受体材料：O6T‑4F、PC₇₁BM中的任意一种或它们的组合。本申请还提供了太阳能电池的制备方法以及根据该制备方法制得的太阳能电池器件。

技术领域

本申请属于光电领域。具体而言，本申请涉及太阳能电池及其制备方法。

背景技术

当今社会，化石能源的不断消耗使人类面临能源短缺的危机，开发可再生能源迫在眉睫。太阳能作为一种绿色无污染、取之不尽用之不竭的清洁能源，可以满足人类不断增长的能源需求。因此，太阳能的利用引起了全世界的关注。相比无机硅晶太阳能电池，有机太阳能电池由于具有成本低、质量轻、可溶液加工、可制成柔性器件、可大面积印刷制备等优点，成为最具潜力的光伏器件之一。

经过近些年的发展，单结有机太阳能电池的能量转换效率已经超过14％，但是，单一活性层的吸收光谱范围较窄，导致大部分的太阳光没有被利用。而将两结或者多结具有互补吸收光谱的活性层材料串联成叠层器件，可以有效地拓宽了器件对太阳光的吸收光谱，克服单结太阳能电池的缺陷，从而进一步提高有机太阳能电池的能量转换效率。在理想的情况下，连接层没有电势损失，串联结构的叠层器件的开路电压等于各子电池的开路电压之和；而整个器件的短路电流密度则取决于子电池中短路电流密度较小的数值。因此，制备高效的叠层太阳能电池，需要选择具有良好的光电转换性能且吸收光谱互补的子电池活性层材料，从而实现高的短路电流密度；另外，需要选择恰当的连接层材料连接各子电池，使电子和空穴在连接层处有效复合，实现各子电池之间的欧姆接触。

近年来发展的基于非富勒烯受体的太阳能电池具有诸多独特的优点，通过分子能级的调控，非富勒烯受体材料能够与高效率的给体材料的HOMO和LUMO能级实现较好的匹配，从而促进激子的分离与传输。同时，在保证激子有效分离的前提下，提高分子的LUMO能级，有望获得更高的开路电压。此外，通过进一步调节受体分子的HOMO能级可以有效调控分子的吸光性能，使得受体材料的吸收光谱与给体材料的吸收光谱互补，从而吸收更多的太阳能，从而获得更高的短路电流密度和能量转换效率。但是基于非富勒烯受体的叠层太阳能电池器件较少，缺乏适合的互补的前后电池材料。

发明内容

一方面，本申请提供太阳能电池，其包括第一电池活性层和第二电池活性层，其中所述第一电池活性层和所述第二电池活性层两者中之一包含受体材料F-M，并且两者中另一活性层包含选自以下的受体材料：O6T-4F、PC₇₁BM中的任意一种或它们的组合。

在一些实施方案中，所述太阳能电池为双结或多结太阳能电池。

在一些实施方案中，所述另一活性层包含O6T-4F和PC₇₁BM；

在一些实施方案中，所述第一电池活性层和所述第二电池活性层进一步包含至少一种给体材料。

在一些实施方案中，所述第一电池活性层中的给体材料和所述第二电池活性层中的给体材料各自独立地选自PBDB-T、PBDB-TF、PTB7-Th、J52-2F、PDBT-T1中的任意一种或它们的任意组合。

在一些实施方案中，所述第一电池活性层和所述第二电池活性层两者中包含F-M的活性层中的给体材料选自PBDB-T、PBDB-TF、J52-2F、PDBT-T1中的任意一种或它们的组合，并且所述另一活性层中的给体材料选自PTB7-Th。

在一些实施方案中，所述第一电池活性层和所述第二电池活性层两者中包含F-M的活性层中的给体材料选自PBDB-T，并且所述另一活性层中的给体材料选自PTB7-Th。

在一些实施方案中，在所述包含F-M的活性层中，给体材料：F-M的质量比为1:0.6-1.4，或1:0.8-1.2。