[发明专利]固体添加剂辅助逐步沉积法制备的高效有机太阳电池

说明书

本发明公开了一种固体添加剂辅助逐步沉积法制备的高效有机太阳电池，包括自下而上依次设置的衬底、阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极；活性层由在阳极修饰层上依次沉积的电子给体和固体添加剂复合物薄膜与电子受体薄膜组成；固体添加剂为如下式所示的固体脂肪酸FA‑Csubgt;n/subgt;，其中n为9～17：本发明可采用简便的旋涂工艺逐步沉积活性层，以实现活性层中具有可控的垂直相分离结构以及高效率的有机太阳电池。

技术领域

本发明涉及有机太阳电池领域，具体涉及一种固体添加剂辅助逐步沉积法制备的高效有机太阳电池。

背景技术

有机太阳电池因其多彩、半透明、低成本、柔性和可大面积制备而引起了广泛关注。最近，单结电池的能量转换效率已经突破19％，达到了工业化大规模生产的标准(Nat.Mater.21(6),656-663(2022))。

除了开发具有优异光伏性能的新分子外，在器件制造中，构筑合适的活性层形貌与研发材料同样重要。目前，性能最好的有机太阳电池都是基于由混合沉积法制备的本体异质结，即将电子给体和电子受体同时溶解在一种溶剂中，旋涂得到活性层，因此在旋涂成膜的过程中给受体的相分离极度依赖于给受体自发的热力学和动力学行为，相分离程度不易调控，不适当的形貌会导致电荷重组。空穴沿着给体相传输通道被阳极提取，电子沿着受体相传输通道被阴极提取，因此相分离程度对于电荷的产生和传输有着重要影响：一方面，有机半导体有限的激子扩散长度决定了必须有足够的给体和受体界面面积，即较小的相分离才能使激子解离；另一方面，大的相分离意味着界面面积减小，相纯度提高，这可能会减缓空穴和电子的重组复合。因此，在不影响激子解离的情况下，适当的相分离是电荷传输和收集所必需的。然而，精确控制给体和受体的纳米尺寸结构和相分离程度具有挑战性，限制了有机太阳电池的工业化生产。

目前，采用逐步沉积法制备的p-i-n结构的准平面异质结逐渐被认为是比本体异质结更理想的结构，在该结构中，给体在顶部富集，受体在底部富集，可以有效抑制电荷在向阳极和阴极传输过程中的复合(Adv.Mater.33(43),e2103091(2021)；Nat.Commun.12(1),468(2021)；Adv.Mater.33(12),e2007231(2021))。此外，在逐步沉积过程中，受体会渗透到给体膜中并形成相分离，使得在垂直方向形成浓度梯度分布，有利于电荷的传输和提取。然而，单独的逐步沉积法的一个显著缺点就是沉积过程中受体的扩散是不可控的。此外，由于溶剂化和相互扩散同时作用，相分离程度也难以控制。因此，实现可控的垂直相分离，调控相分离程度使得激子扩散长度和电荷输运距离相匹配具有重要的科研和应用价值。

发明内容

针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种固体添加剂辅助逐步沉积法制备的高效有机太阳电池，可采用简便的旋涂工艺逐步沉积活性层，以实现活性层中具有可控的垂直相分离结构以及高效率的有机太阳电池。

一种固体添加剂辅助逐步沉积法制备的高效有机太阳电池，包括自下而上依次设置的衬底、阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极；

所述活性层由在所述阳极修饰层上依次沉积的电子给体和固体添加剂复合物薄膜与电子受体薄膜组成；

所述固体添加剂为如下式所示的固体脂肪酸FA-C_n，其中n为9～17：