[发明专利]一种基于氟化稠环电子受体的寡聚物小分子太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，具体公开了一种基于氟化稠环电子受体的寡聚物小分子太阳能电池及其制备方法，所述电池从下至上依次包括基板、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极，所述太阳能电池为正置器件结构，所述活性层包括寡聚物小分子给体DRCN5T和氟化小分子受体IDIC‑4F。本发明将氟化策略引入到稠环电子受体(IDIC)中，搭配相比传统小分子给体材料拥有更为简单的化学结构和合成路径的寡聚物小分子给体(DRCN5T)，在保证制备过程中后处理方式(热退火+溶剂退化进行联合处理)不变的情况下，有效提升了基于寡聚物小分子太阳能电池的效率，为未来有机光伏电池的多样化发展指明了方向。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及有机小分子光伏器件和有机半导体薄膜太阳能电池领域，特别是涉及一种基于氟化稠环电子受体的寡聚物小分子太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池是最新一代能源技术，其极具前途、经济有效，是化石能源的最佳替代方案之一，由于其原材料成本低廉、轻便、易于实现大面积与柔性化和对环境污染小等优势，且可通过溶液法制备加工，使得有机光伏电池已经成为学术界和产业界的研究热点之一。在最近几年，有机小分子太阳能得到了十分快速的发展，特别是有机小分子与聚合物相比具有许多独特的优点，例如结构单元确定、易提纯、无批次差别等，使其成为有机光伏电池实现产业化的最优选择之一。

氟化策略是一种在材料结构上引入氟原子，有效提升有机太阳能电池效率的方法，广泛应用于有机聚合物太阳能电池中。如南京大学在小分子受体材料INPIC上进行氟化，成功将基于聚合物给体的器件效率从未氟化对照组(PBDB-T:INPIC)的4.31％提升至氟化后(PBDB-T:INPIC-4F)的13.13％；中国科学院北化所也成功在聚合物给体材料PBDBT和小分子受体材料ITIC上同时进行氟化，氟化后(PBDB-T-SF:IT4F)取得13.1％的效率，远高于未氟化的对照组(PBDB-T:ITIC)11.05％的效率。由此可见，不管单独对受体小分子材料进行氟化，还是同时对聚合物给体和小分子受体材料进行氟化，均能有效提升聚合物太阳能电池的光电转化效率，而其中氟化的主要目的是为了红移其吸收光谱，拉低材料的能级以及增强材料的结晶性等。但这种在有机聚合物太阳能电池中广泛应用的方法却极少能被应用于有机小分子太阳能电池中，主要由于小分子给体材料(主要为基于BDT,NDT和IDT为核的材料)，富勒烯小分子受体材料(如PC₆₁BM,PC₇₁BM和ICBA等)和非富勒烯小分子受体材料(如稠环电子受体和基于PDI的小分子受体材料等)均拥有高度的敏感性，细微结构上的改变通常将带来器件形貌的巨大改变，因此在提升有机全小分子太阳能电池的道路上形成了一道坚固的技术壁垒。

因此，寻求行之有效的针对小分子材料结构修饰的方法及合理选择对应的给/受体小分子材料具有巨大的科学影响和现实意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于氟化稠环电子受体的寡聚物小分子太阳能电池及其制备方法，用于解决现有技术中由于小分子给体材料的高度敏感性而使氟化策略不适用于提升寡聚物小分子给体体系有机太阳能电池效率的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种基于氟化稠环电子受体的寡聚物小分子太阳能电池，从下至上依次包括基板、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极，所述太阳能电池为正置器件结构，所述活性层包括寡聚物小分子给体和氟化小分子受体。

进一步，所述寡聚物小分子给体为DRCN5T，所述氟化小分子受体为IDIC-4F。

进一步，所述活性层中，寡聚物小分子给体和氟化小分子受体的质量比为5～7:3～5，优选为5:5、6:4或7:3。

进一步，所述基板包括透明衬底层和透明导电电极，所述透明导电电极为正极，所述金属电极为负极。

进一步，所述透明导电电极的材料为氧化铟锡(ITO)。