[发明专利]一种用于有机聚合物太阳能电池的固体添加剂

说明书

本发明涉及一种用于有机聚合物太阳能电池的固体添加剂，其特征在于：所述固体添加剂为含有羰基、羧基、醛基或酯基的芳香类物质，其分子量为100‑500g/mol。本发明还涉及一种有机聚合物太阳能电池器件，其特征在于：所述有机聚合物太阳能电池器件依次包括：透明电极、电子传输/空穴阻挡层、活性层、电子阻挡/空穴传输层、金属电极，其中所述活性层包含宽带隙共轭聚合物电子给体，非富勒烯类小分子电子受体，和所述固体添加剂。本发明的固体添加剂可使受体激子寿命得到延长，这有利于激子有效迁移至电子给受体交界面，从而提高激子分离效率，进而提高太阳能电池器件的短路电流密度和填充因子以及光电转化效率。

技术领域

本发明属于有机半导体器件领域，涉及一种可用于提高有机聚合物太阳能电池性能的固体添加剂，该添加剂应用于电池器件结构中的活性层部分。

背景技术

随着时代的快速发展，能源紧缺和污染问题日益严重，为解决这一问题，寻找一种储量丰富、清洁、无污染的新型能源成为了社会关注的重点。太阳能，以每秒1366W/m²的超高能量密度辐射于大气层，虽经过吸收与反射可造成损失，但在280nm～4000nm波段仍具有1000W/m²的能量密度，因此，开发利用这种“取之不尽，用之不竭”的能源成为了解决能源问题的重要方式。太阳能电池的开发是应用太阳能最直接及有效的手段，其中有机聚合物太阳能电池以其制备简单、低成本和柔性等特点收到了广泛关注，并在近几年在效率方面取得了很大突破。但有机太阳能电池距离商业化仍有一段距离，对此，寻找新的提升效率的策略成为了有机太阳能电池器件开发中必不可少的一步。

聚合物太阳能电池作用的核心部分为本体异质结型的活性层，在聚合物太阳能电池的作用机理中，活性层受到可见光的辐射后可产生光生Frenkel激子，激子扩散到给受体交界面在并内建电场的作用下形成电荷转移态并发生电子空穴的分离而形成载流子，载流子分别向正负电极传输而实现最终的光电转化。因受限于激子的寿命，激子的扩散距离通常为5～20nm，这要求给受体需有较小的相分离尺寸。但过小的区域尺寸不利于载流子的传输，因此适宜的活性层形貌对于激子的扩散、分离及载流子的传输各过程的平衡具有着重要作用，也是实现高效率电池器件的根本要求。在有机太阳能电池器件制备过程中，为调控活性层形貌，添加剂的使用是一种十分普遍的方式。例如向PCPDTBT(聚[2,6-(4,4-双(2-乙基己基)-4H-环五[2,1-b；3,4-b]-二噻吩)-alt-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)]):PC₇₁BM([6,6]-苯基C₇₁-丁酸甲酯)体系中加入少量添加剂1,8-辛二硫醇，光电转化效率可由2.8％提升到5.5％。常用的添加剂通常为高沸点小分子液体添加剂如1,8-二碘辛烷(DIO)、1-氯萘(CN)、二苯醚(DPE)等，其对小分子受体较好的溶解性使得在旋涂过程小分子在溶剂体系中的停留时间延长，进而给体聚合物有充分的时间形成较好的纤维网络结构以实现较好的体异质结结构。但该类液体添加剂因其较高的沸点而较难除去，这为器件的大面积制备带来困难。同时，此类用于调节活性层形貌的添加剂仅对原生制备的活性层(无添加、无后处理)形貌较差的体系有较明显的提升效果，但对原生制备活性层自身形貌较好的体系往往无调节作用甚至有负面影响，因此单纯作用于调控形貌的添加剂对于器件性能的提高有着很大的局限性。

因此，基于现今的有机聚合物太阳能电池器件给受体材料以及使用添加剂进行器件优化的简便性，开发一种具有新型调控功能的活化层添加剂，对于电池器件性能的提升有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是发现并提供一种有别于形貌调控、可延长激子寿命的非挥发性固体添加剂。通过提高太阳能电池器件的短路电流密度和填充因子两大器件性能参数使得器件光电转化效率提高。

为此，本发明提供了一种用于有机聚合物太阳能电池的固体添加剂，其特征在于：所述固体添加剂为含有羰基、羧基、醛基或酯基的芳香类物质，其分子量为100-500g/mol。