[发明专利]一种基于聚丙烯作为第三元的有机太阳能电池结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于聚丙烯作为第三元的有机太阳能电池结构及其制备方法，由下至上分别为透明导电衬底、电子传输层、三元有机活性层、空穴传输层、金属电极，三元有机活性层包括高分子聚合物、富勒烯衍生物和聚丙烯。本发明在二元活性层中添加聚丙烯，有如下优点：(1)该聚丙烯材料成本低；(2)整个制备工艺简单；(3)该聚丙烯材料的掺杂适用于多个体系，更容易应用于未来商业化的生产；(4)能够在较厚的活性层下实现了高效的有机太阳能电池，为未来的卷对卷生产提供了帮助；(5)有效减小了三元活性层中PC₇₁BM聚集体的尺寸，改善了活性层形貌；(6)增加了较强结晶性给体的结晶性。

技术领域

本发明涉及一种基于聚丙烯作为第三元的有机太阳能电池结构及其制备方法，属于有机太阳能电池器件制备技术领域。

背景技术

有机太阳能电池作为一种非常具有潜力的可再生的能源，由于其重量轻，制备过程简单和可制备成柔性器件等众多优点，在过去的几十年中吸引了大量的关注。最近由给体和受体组成的单节有机太阳能电池器件的最高效率已经超过了14％。其中，活性层的厚度是影响有机太阳能电池性能的一个重要的因素，活性层厚度的增加会有利于活性层对光的吸收。但是，在有机材料中，由于吸收光子后所形成的激子的扩散距离较短，较厚的活性层会大大增加激子的复合，从而造成填充因子的大量损失，表现在器件的光电转换效率上，较厚的活性层会严重地降低光电转换效率。因此，有机太阳能电池的器件性能对活性层的厚度会十分敏感。在通常情况下，高效的有机太阳能电池的活性层厚度大约为100nm左右，这种厚度的活性层不仅是对光的高效获取，对未来卷对卷的商业化生产来说是极其不利的。

减弱有机太阳能电池对活性层厚度的敏感性的方法有许多，下面简单介绍三种常见的方式。第一种方法是对活性层进行不同的处理手段，比如说退火处理，倒置退火处理和溶剂蒸汽退火处理，这种方法成本较低，但是会使得加工步骤更加的复杂；第二种方法是在给受体体系中添加第三元材料；第三种方法是添加剂的方法，这种方法可以通过优化活性层的形貌以达到目的。

在有机太阳能电池中，往给受体中掺入第三元材料的方式是加强电池性能对活性层厚度变化容忍性的一个简单而且高效的方式。然而，通常使用的第三元材料是价格较为高昂的聚合物或者小分子材料，并且，很大一部分的三元有机太阳能电池只是在同一活性层厚度下提高了光电转换效率，并不能改变随厚度的增加转换效率减小的趋势。同时，通常来说，一个三元材料只能提高一种体系的光电转换效率，并不一定适合其他的体系。三元有机光伏涉及了较多物理机制，有一些仍然有待讨论。

发明内容

针对目前有机太阳能电池商业化进程中所存在的限制，本发明提供了一个成本更低廉并且制备过程更简单的方法以解决现有的不足，该方法是将聚丙烯作为第三元材料添加到由给受体组成的活性层中，不仅可以改善器件的光电转换效率会随着厚度的增加而剧烈减小的问题，甚至在较厚活性层情况下，三元电池可以达到一个更高的光电转换效率。并在此基础上，研究了在三元混合物中聚丙烯对不同结晶性给体的影响。

本发明选取绝缘聚合物来作为第三元材料。相比于小分子材料或者普遍应用于有机太阳能电池当中的聚合物材料而言，绝缘的树脂材料在价格上更具有优势。而在绝缘树脂材料中，聚丙烯更是一种应用广泛的材料。采取聚丙烯作为第三元的方法，不仅可以降低有机太阳能电池性能对活性层厚度的敏感性，也可以弥补在三元有机太阳能电池中所普遍存在的不足之处，具有很好的应用前景。

本发明还提供了上述有机太阳能电池结构的制备方法；

术语解释：