[发明专利]一种三元宽带隙有机光伏体系、太阳电池及其功能化应用

说明书

本发明公开了一种三元宽带隙有机光伏体系、太阳电池及其功能化应用。本发明提出以宽带隙的受体材料(BTA3)与给体材料(J52‑Cl)匹配共混作为主体系，以宽带隙的受体材料(BTA3)的衍生物BTA1作为第三组分调控能级结构和活性层微观形貌，从而在室内光源下获得优异的器件性能。同时，优化后的三元有机体系光伏器件在外加偏压下可作为有机发光二极管(OLED)器件用于发光显示牌等应用。此外，与其他光伏技术相比(如硅基太阳能电池)，三元有机光伏体系在室内光强为1000lux(LED光源)条件下获得超过28％的光电转换效率(0.04cm²)以及效率分别为22.0％和14％的的大面积不透明和半透明组件(12cm²)。

技术领域

本发明设计了多功能化应用的有机三元半导体体系，具体主要应用于集成发光显示和有机光伏驱动低功耗电子设备。

背景技术

随着物联网(IoT)生态系统的快速发展，数百亿的室内低功耗电子设备需要大量的离网电源(传统的化学电池(纽扣电池)和商业电力驱动)。然而，这些离网电源需要不断更新和定期维护，同时也带来严重的环境污染。为了实现“双碳”目标，需摆脱常规能源技术，构建多元化和智能化的可再生绿色能源新体系。与其他绿色能源技术相比，有机光伏成本低、可溶液加工、质轻、环境友好，以及在弱光条件下表现出优异的器件性能可驱动大量的低功耗电子器件。尽管有机光伏材料被大量设计开发，由于室内和室外光源光谱响应范围不同，导致缺乏高效的适用于室内有机光伏材料，同时加工溶剂的致癌性，限制室内有机光伏器件的性能的提升，导致延缓室内有机光伏的实际应用。因此，迫切需要开发构建绿色、高效的室内有机光伏新体系，并探索有机光伏器件在集成显示与低功耗电子器件上实际应用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明通过三元策略结合绿色溶剂构建绿色、高效的室内有机光伏新体系，并应用于集成显示与低功耗电子器件。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种三元宽带隙有机光伏体系，以宽带隙材料BTA3和BTA1作为受体材料，J52-Cl作为给体材料，四氢呋喃作为溶剂；其中J52-Cl和BTA3作为主体系，BTA1作为第三组分调控三元体系的能级结构和活性层微观形貌；

所述J52-Cl的结构如下：

所述BTA3的结构式如下：

所述BTA1的结构式如下：

进一步，所述给受体材料的质量比为1:1，BTA3:BTA1受体的质量比为0.9～0.7：0.1～0.3。优选的，BTA3:BTA1受体的质量比为0.8:0.2。

第二方面，本发明提供一种三元宽带隙有机太阳能电池，包括从下到上依次堆叠的基底、底部电极、界面层、活性层、界面层和顶部电极；

所述活性层为第一方面所述的三元有机光伏体系；

所述界面层为空穴传输层或电子传输层。

进一步，所述基底分为硬质基底或柔性基底。

进一步，所述硬基底包括玻璃；所述柔性基底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷。

进一步，所述底部电极包括氧化铟锡(ITO)、金属纳米线(纳米环、纳米棒、纳米颗粒等)、超导PEDOT:PSS和有机导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯等)。