[发明专利]一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池

说明书

本发明公开了一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池，它包括衬底、阴极、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极，其中活性层为电子给体和电子受体的共混膜，电子给体是PBDB‑T，电子受体是以苯并二噻唑为核、环戊双噻吩为给电子单元、氟代或者噻吩氰基茚酮为吸电子末端的X‑PCIC或X1‑PCIC。利用X‑PCIC和X1‑PCIC在近红外区的良好吸收和合适的能级结构等特性，本发明制备的有机太阳电池同时具有高的开路电压和短路电流密度，能量转换效率(PCE)最高为11.50％。此外，X‑PCIC和X1‑PCIC合成简单，有利于降低有机太阳电池的成本。

技术领域

本发明涉及太阳电池，尤其涉及一种基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池。

背景技术

最近，通过将电子受体的吸收拓展到近红外区域从而来利用更多的太阳光子，单结有机太阳电池实现了能量转换效率(PCE)大于15％的效率纪录(Joule,2019,3,1140；Nature Communication,2019,10,2515)，短路电流超过25mA cm^-2，充分说明了近红外受体对改善有机太阳电池性能的关键作用。

在拓展电子受体的吸收方面，最常采用的手段是强化分子内电荷转移(ICT)作用，比如针对A-D-A型的小分子受体，通过增加D单元的给电子性，或者增加A单元的吸电子性，来实现吸收峰向近红外区的移动。例如，北京大学的占肖卫课题组将ITIC3中的苯环核心，替换成给电子性更强的噻吩[3,2-b]并噻吩，得到的FOIC，可以实现100nm以上的吸收红移(Advanced Materials,2018,30,1705969)。又如，中科院化学所的侯剑辉课题组，在IEICO的基础上，末端引入强吸电子性的氟原子，也可以将吸收带边从900nm多拓展到1000nm左右(Angewandte Chemie International Edition,2017,56,3045)。但是，通过分子内电荷转移的方式来拓宽吸收，由于分子带隙的变窄，往往会对受体的能级结构产生不利影响。特别是给电子单元的增强，往往会抬升电子受体的HOMO能级，从而影响与电子给体之间的良好匹配，降低有机太阳电池的开路电压。

另一个拓展吸收的方法，是增加电子受体的醌式结构。例如，浙江大学的陈红征课题组在IDT和氰基茚酮末端之间，插入了具有醌式效应的噻吩[3,4-b]并噻吩，可以有效将吸收拓展到1000nm附近(Advanced Materials,2018,30,1803769)。但是，同样由于噻吩[3,4-b]并噻吩的强给电子性，提升了电子受体的HOMO能级，导致有机太阳电池的开路电压偏低。因此，迫切需要开发具有低HOMO能级的近红外电子受体。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有良好近红外吸收和低HOMO能级的、基于苯并二噻唑类电子受体的有机太阳电池。

基于苯并二噻唑类近红外受体的有机太阳电池包括衬底、阴极、阴极修饰层、电子给体与电子受体共混形成的活性层、阳极修饰层和阳极，所述的电子给体为PBDB-T；电子受体为以苯并二噻唑为核的X-PCIC或者X1-PCIC，化学结构式为：

所述的活性层中电子给体与电子受体的重量比为2:1～1:1.5，活性层的厚度为50～200nm。

所述的活性层是以活性层溶液成膜获得，且在成膜时加入添加剂，添加剂为1,8-二碘辛烷或者氯萘，添加剂的体积为活性层溶液体积的0.2～2％，所述的活性层溶液为电子给体与电子受体的混合溶液。

所述的活性层经过溶剂退火或热退火处理，其中，溶剂退火所用溶剂为氯仿，时间为5～60s，热退火所用温度为80～200℃，退火时间为5～30min。

所述的衬底为玻璃；所述的阴极为ITO；所述的阴极修饰层为ZnO；所述的阳极修饰层为MoO₃；所述的阳极为Ag。