[发明专利]一种基于N-苯烷基酰胺衍生物添加剂的有机太阳能电池活性层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于N‑苯烷基酰胺衍生物添加剂的有机太阳能电池活性层及其制备方法，属于有机光伏器件及其薄膜太阳能电池领域。在有机光伏器件的活性层中，通过掺杂少量N‑苯烷基酰胺衍生物(简称为N‑PRPM)添加剂，提升了活性层的结晶性，改善了活性层形貌，有利于给‑受体间电荷的分离和收集，从而增强电池的短路电流和填充因子，提升了有机太阳能电池的能量转换效率。

技术领域

本发明属于有机光伏器件及其薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种基于N- 苯烷基酰胺衍生物添加剂的有机太阳能电池活性层及其制备方法。

背景技术

人类面临的能源和环境污染问题，已成为全球迫切需要解决的难点问题。太阳能由于具有来源广、无害、储量大、使用长久、没有地域限制等优势，各国针对太阳能的开发与应用研究，已成为绿色新型能源领域的研究热点。自1986 年美国柯达公司的邓青云博士采用p-型有机半导体做给体、n-型有机半导体做受体构筑了具有双层平面异质结结构的有机太阳能电池以来(Tang C W.Applied physics letters,1986,48(2):183-185)，由于这类有机太阳能电池易于溶液加工、柔性半透明，可以进行大规模印刷制备、低毒性等优势，引起了全球科学家的广泛关注；通过构筑双层的MgO/ZnO阴极界面层，基于富勒烯电子受体PC₇₁BM 与经典的窄带隙聚合物给体PTB7-Th的器件效率达到了11.02％(Huang S.；KangB.N；Duan L；et al,J.Colloid Interface Sci.,2021,583,178-187)；通过采用ZnO来修饰电子传输层，基于富勒烯电子受体PC₇₁BM与经典的窄带隙聚合物给体 PTB7-Th的器件效率达到了11.8％(Usmania B.；RanjanK R.；et al,Solar Energy, 2021,214,220-230)，这些研究结果展现了经典的窄带隙聚合物给体PTB7-Th与富勒烯受体PC₇₁BM构筑的光伏太阳能电池潜在的研究价值。

有机太阳能电池的基本结构包括基底、阳极层、空穴传输层、活性层、电子传输层、阴极层；其中，电池的活性层主要由电子给体-电子受体混合而成。为了更有效地提高聚合物光伏太阳能电池的光电转换效率，研究发现，在活性层中选择使用合适的添加剂同样能有效地改善活性层形貌，形成纳米互穿网络结构，有利于改善载流子的解离和传输，从而提高有机太阳能电池的能量转换效率。目前文献报道的在活性层中引入合适的添加剂，如前期研究普遍采用的添加剂有1-氯萘(PC)(Hoven C V,Dang X D,Coffin R C,AdvanceMaterials,2010, 28:63-66)；1,8-二碘辛烷(DIO)(Sun Y,Welch G C,Leong W L,et al,Nature Materials,2012,11:44-48；Kumari T,Lee S M,Kang S H,EnergyEnviron.Science, 2017,10:258-265)；1-苯基萘(PN)(Zhao J B,Li Y K,Yang G F,etal,Nature Energy,2016,1:15027)等添加剂，这些添加剂加入活性层体系，有利于改善活性层的纳米相分离形貌，提高了器件光伏性能。但是这些活性层添加剂如1-氯萘(PC) 和1,8-二碘辛烷(DIO)，由于含卤族元素，属于有毒物质，难以在实用化的过程中大规模化使用。而经典的1-苯基萘(PN)的沸点高，溶解性又差，与大多的活性层混溶性差，而受到了限制。

目前文献报道的添加剂还有三叠烯、辛二硫醇、方酸菁染料(SQ)等。但这些添加剂存在沸点高，原料成本高和制备困难等缺点。

发明内容

本发明针对目前有机太阳能电池活性层添加剂存在的不足，采用分子结构简单、原料易得、沸点较低、溶解性好和无卤毒性的环境友好型添加剂，提供一种有机太阳能电池活性层及其制备方法，并能有效提升以富勒烯为受体、窄带隙聚合物为给体的聚合物太阳能电池的光伏性能。