[发明专利]一种有机太阳能电池的活性层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于太阳能电池材料技术领域，尤其涉及一种有机太阳能电池的活性层材料及其制备方法和应用。所述有机太阳能电池的活性层材料的化学结构通式为：R1选自(烷基链、杂原子(O,S)取代的烷基链、烷基取代的芳环(噻吩、呋喃、苯)、含杂原子(O,S)烷基取代的芳环(噻吩、呋喃、苯))，R2选自(烷基链、杂原子(O,S)取代的烷基链)D选自小分子受体材料。所述的有机太阳能电池的活性层材料不依赖与给体材料‑受体材料共混比，制备方法大大简化了有机太阳能电池的制备工艺，有机太阳能电池的活性层中激子的产生和离解可能发生在同一分子中，确保了非常有效的(或快速)电荷分离且具有良好的器件性能和稳定性，对比现有的有机太阳能电池活性材料相对更经济，更有利于有机太阳能电池领域的发展。

技术领域

本发明属于太阳能电池材料技术领域，尤其涉及一种有机太阳能电池的活性层材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机太阳能电池(Organic Photovoltaics，OPV)由于具有轻质、柔性以及可大面积加工等优点，受到全球广泛关注。经过近20年的发展，取得了很多突破性的进展。目前单层异质结OPVs最高光电转化效率可达14.2％，被认为是能够取代传统硅基电池的新二代太阳能电池。但是，单层异质结OPVs的制备工艺复杂，稳定性较差，制备成本高。为解决这一瓶颈问题，全球许多研究小组多年来开展了广泛深入的研究，其中包括高效光活性材料的制备，新型器件的设计以及光电转化机制的研究。

尽管国内外的研究取得了较大进展，但是迄今为止对大幅改善有机太阳能电池光电转化效率仍未见取得显著成效。其原因在于目前有机太阳能电池体系中大多数光活性材料(尤其是受体材料)的吸光效率较低，不能充分有效的利用太阳光。富勒烯衍生物是目前有机太阳能电池中最广泛使用、最成功的电子受体。然而，由于富勒烯受体有价格昂贵、可见区吸收弱、能级调控难、易扩散聚集等缺点，严重制约有机高分子太阳能电池领域的发展。

因此，针对现有的有机太阳能电池活性层形貌优化工艺繁琐，活性层中给体材料和受体材料混合不均匀，易过度聚集，形成过大的相分离，导致有机太阳能电池的光电转化效率低，活性层部分不稳定等缺点，设计开发新型有机太阳能电池活性层材料，减少过度聚集，提高电荷分离的速度，有望能够大幅改善有机太阳能电池高的光电转化效率和稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种有机太阳能电池的活性层材料，该有机太阳能电池的活性层材料不依赖与给体材料-受体材料共混比，有机太阳能电池的活性层中激子的产生和离解可能发生在同一分子中，确保了非常有效的(或快速)电荷分离且具有良好的器件性能和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种有机太阳能电池的活性层材料，其化学结构通式为：

其中R₁选自下列基团中的一种：

R₂选自下列基团中的一种：

D为小分子受体材料，分别选自下列材料中的一种：

进一步的，当R1为R2为D为时，有机太阳能电池的活性层材料为BTR-PCBM。

更进一步的，所述有机太阳能电池的活性层材料BTR-PCBM的化学结构式为：

进一步的，当R1为R2为D为时，有机太阳能电池的活性层材料为BTR-IDTBR。