[发明专利]基于非富勒烯和/或空穴清除剂的有源层和光电器件

说明书

本公开的实施例描述了一种光电器件的有源层，其包括非富勒烯组分和可选的一个或多个空穴清除组分。本公开的实施例描述了一种光电器件，其包括第一电极材料、有源层和第二电极材料，其中第一电极材料和第二电极材料在有源层的相对侧上，其中有源层包括非富勒烯组分和任选的一种或多种空穴清除组分。

背景技术

通过从传感器和显示器到照明和光伏的应用，有机半导体有望对人类生活产生积极影响。与大多数无机替代物不同，有机器件可以通过溶液印刷在塑料基板上，从而可以生产出非常薄、轻巧和有弹性的产品，并且可以在大面积上自由制造形状。在过去的十年中，有机光伏技术(OPV)受到设备效率和稳定性显著提高的推动，开始逐渐从实验室中的单纯现象转变为利基市场。可溶液处理的有机半导体的一个主要优点是可以混合不同的材料以获得新颖的材料性能和应用。

开发OPV的一种有趣方法是将有源层材料的吸收窗口从光谱的可见光(400-700nm)转移到近红外(NIR)部分，以制造在可见光范围具有透明性的半透明有机太阳能电池，同时收获光谱的红外部分以进行光电流转换。通常富勒烯衍生物，例如PCBM和PC₇₀BM是常用的受体材料。当与供体小分子或聚合物结合使用时，它们形成了体异质结(BHJ)太阳能电池的光敏层。随着与基于富勒烯的器件相比具有富集光性、稳定性和电荷重组行为的富勒烯的高效替代品(称之为非富勒烯电子(NF)材料)的出现，近来OPV的开发步伐特别迅速。体-异质结太阳能电池的光敏层由紧密混合在一起的供体和受体材料组成，以使光电流转换最大化。因此，常见的供体/受体(D/A)重量比(w/w)为1:1-1:2，很少有文献记载可以超过1:4w/w。具有相似量的两种组分可改善i)激子猝灭，因为D/A界面分布在整个主体中，同时ii)形成了载流子到达其各自电极的渗流途径。值得注意的是，通过考虑D/A为1:1-1:4w/w的光敏层的平均可见光透射率(AVT)，很少有实例报告AVT50％，并且同时保持了功率转换效率(PCE)5％。在基于富勒烯和基于NF的系统中增加AVT的常见步骤是减少光敏层厚度并转移近红外区域的吸收。由于PC₇₀BM在可见光区的吸收，NFs比富勒烯衍生物具有更高的AVT机会，而NF可以吸收700nm以上的光。

发明内容

总体上，本公开的实施例描述了光电器件的有源层，制造有源层的方法，包括有源层的光电器件，制造光电器件的方法，串联太阳能电池以及将光转换成电流的方法。

因此，本公开的实施例描述了一种光电器件的有源层，其包括非富勒烯组分以及可选的一个或多个空穴清除组分。在一个实施例中，光电器件的有源层包括非富勒烯组分。在一个实施例中，光电器件的有源层基本上由非富勒烯组分组成。在一个实施例中，光电器件的有源层包括非富勒烯组分和空穴清除组分。在一个实施例中，光电器件基本上由非富勒烯组分和空穴清除组分组成。

本公开的实施例描述了一种制造光电器件的有源层的方法，所述方法包括在存在足以形成光电器件的有源层的溶剂的情况下使非富勒烯组分和可选的一种或多种空穴清除组分接触。在一个实施例中，所述方法还包括将混合溶液沉积在基板、选择性接触层和电极材料中的一个或多个上。

本公开的实施例描述了包括第一电极材料的光电器件；有源层；第二电极材料，其中第一电极材料和第二电极材料在有源层的相对侧。在一个实施例中，有源层基本上由非富勒烯组分组成，或包括非富勒烯组分和一个或多个空穴清除组分。在一个实施例中，光电器件可以可选地包括基板、第一选择性接触层和第二选择性层中的一个或多个。

本公开的实施例描述了一种光电器件，其包括基板、第一电极材料、第一选择性接触层、有源层、第二选择性接触层和第二电极材料中的一个或多个。在一个实施例中，基板、第一选择性接触层和第二选择性接触层中的一个或多个可选地包括在光电器件中。

本公开的实施例描述了包括基板的串联太阳能电池；有机光伏(OPV)子电池，其至少包括有源层，其中所述有源层包含非富勒烯组分和一种或多种空穴清除组分；非晶硅(a-Si)子电池，其包括至少一层非晶硅；其中所述OPV子电池和所述基板在所述a-Si子电池的相对侧上。