本發(fā)明涉及有機(jī)太陽(yáng)能電池固體添加劑材料和有機(jī)太陽(yáng)能電池器件領(lǐng)域：1、涉及一類噻吩類固體添加劑1,6-bis(2,5-dibromothiophen-3-yl)hexane(c6bt)和1,8-bis(2,5-dibromothiophen-3-yl)octane(c8bt)；2、以該材料作為固體添加劑，二元有機(jī)太陽(yáng)能電池為活性層材料，制備本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)光伏電池器件，獲得能量轉(zhuǎn)換效率(pce)為17.0％和一種有效提升器件pce的方法。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)太陽(yáng)能電池憑借其質(zhì)輕、柔軟并且可制備大面積器件等突出優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是具有重大應(yīng)用前景的新能源技術(shù)。然而，本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的光伏性能很大程度上依賴活性層的形貌，作為優(yōu)化有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層形貌的主要方法，目前加入添加劑提供了一種直接而有效的策略來(lái)改善活性層形態(tài)。第一種引入溶劑添加劑如1，8-二碘辛烷(dio)、二苯醚(dpe)、1-氯萘(cn)。溶劑添加劑的高沸點(diǎn)和選擇性優(yōu)化了膜形成的動(dòng)力學(xué)，增加了自組織的持續(xù)時(shí)間，并減少了結(jié)晶階段中供體和受體之間的干擾。該方法有利于形成互連網(wǎng)絡(luò)。盡管這些策略在優(yōu)化有源層的形貌和提高器件性能方面是有效的，但在osc商業(yè)化過(guò)程中仍面臨挑戰(zhàn)。例如溶劑添加劑的高沸點(diǎn)，殘留物通常保留在活性層內(nèi)。這種剩余的溶劑添加劑會(huì)一直侵蝕活性層，最終損害活性層形態(tài)，進(jìn)而損害osc的性能。近年來(lái)，固體添加劑已成為改善osc中活性層形態(tài)的關(guān)鍵工具，固體添加劑可以通過(guò)熱退火和引入了酒精洗滌方法可以從活性層中完全去除掉，減輕了與溶劑基添加劑相關(guān)的負(fù)面影響。固體添加劑的作用機(jī)理可分為：1.由于在osc有源層中，熱退火工藝主要用于去除固體添加劑，導(dǎo)致給體和受體內(nèi)的自由體積增加。該過(guò)程產(chǎn)生了充當(dāng)自由體積的額外空間，促進(jìn)了納米級(jí)相分離和增強(qiáng)的分子組織，這對(duì)于通過(guò)促進(jìn)更好的電荷傳輸和光吸收特性來(lái)改善osc的整體性能。2.固體添加劑與供體或受體分子之間的相互作用的顯著影響，主要通過(guò)氫鍵、鹵素鍵和π-π相互作用等機(jī)制。這些分子間力對(duì)于增加供體或受體分子的聚集、促進(jìn)π-π堆積、改善雙連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)的形成以及垂直相分離，所有這些都有助于改善器件的性能和穩(wěn)定性

2、隨著各種osc共混體系中使用的新型固體添加劑的開發(fā)，osc的效率逐漸提高，同時(shí)增強(qiáng)了活性層形態(tài)、器件穩(wěn)定性以及大規(guī)模生產(chǎn)的再現(xiàn)性。因此，在osc中使用固體添加劑來(lái)控制形態(tài)已經(jīng)獲得了很多吸引力。

3、大量研究表明，固體添加劑能有效提高材料開路電壓(voc)、短路電流(jsc)和填充因子(ff)。而目前鮮有形成更強(qiáng)平面性的噻吩類固體添加劑改善器件性能的研究。因此，該噻吩固體添加劑材料被用于有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層并提高器件性能的研究是有意義和有趣的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池添加劑的研究現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是利用噻吩類固體添加劑改善器件性能，制備本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件，以獲得實(shí)現(xiàn)高pce的新方法。

2、本發(fā)明提供了一種噻吩固體添加劑，結(jié)構(gòu)如下所示：

3、

4、本發(fā)明提供了c6bt和c8bt噻吩類固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用。

5、我們使用兩種噻吩化合物1,6-bis(2,5-dibromothiophen-3-yl)hexane(c6bt)和1,8-bis(2,5-dibromothiophen-3-yl)octane(c8bt)作為活性層添加劑摻雜到有機(jī)太陽(yáng)能電池的活性層中，制備二元非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池

6、器件結(jié)構(gòu)為：ito/pedot:pss/pm6:y6/pdinn/ag(100nm)?；钚詫訛榻?jīng)典的pm6:y6。

7、活性層的制備方法為：在氮?dú)夥諊氖痔紫渲袑m6:y6按質(zhì)量比為1:1.2，溶解在氯仿中，其中給體pm6的濃度為7.5mg/ml,受體濃度為9.0mg/ml，然后添加不同濃度的c6bt或c8bt，然后以3000r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行30s旋涂，之后退火，隨后在室溫下冷卻20min，制成均勻光滑的薄膜。

8、其中，c6bt或c8bt溶入氯仿的濃度為4～6mg/ml；優(yōu)選5mg/ml。

9、其中退火條件為：90-110℃退火10min，優(yōu)選：100℃下退火10min；(表4-6和圖7-9)

10、相對(duì)于現(xiàn)在的技術(shù)，本發(fā)明有益的效果主要體現(xiàn)在引入一種噻吩類固體添加劑c8bt，得到高pce的有機(jī)太陽(yáng)能電池。相較于已報(bào)道液體噻吩添加劑來(lái)說(shuō)，固體噻吩添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中鮮有人研究，因此對(duì)其進(jìn)行深入研究是非常有意義的。

技術(shù)特征：

1.一類噻吩類固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用，其特征在于：噻吩類固體添加劑結(jié)構(gòu)如下所示：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用，其特征在于：噻吩類固體添加劑作為活性層固體添加劑加入到pm6:y6二元有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用，其特征在于：在氮?dú)夥諊氖痔紫渲袑m6:y6按質(zhì)量比為1:1.2，溶解在氯仿中，然后添加噻吩類固體添加劑，旋涂后退火，隨后在室溫下冷卻，制成均勻光滑的薄膜，作為活性層。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噻吩類固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用，其特征在于：添加劑c6bt或c8bt在pm6:y6氯仿溶液體系中的濃度為4～6mg/ml。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噻吩類固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用，其特征在于：添加劑c6bt或c8bt在pm6:y6氯仿溶液體系中的濃度為5mg/ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用，其特征在于：退火條件為90-110℃退火10min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用，其特征在于：退火條件為100℃退火10min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一類噻吩型固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中應(yīng)用，屬于有機(jī)功能材料與光伏電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開了一類噻吩型固體添加劑C6BT和C8BT在二元有機(jī)太陽(yáng)能電池的應(yīng)用。將其作為固體添加劑，加入到PM6:Y6二元有機(jī)太陽(yáng)能電池中，優(yōu)選后經(jīng)過(guò)C8BT作為固體添加劑處理的有機(jī)太陽(yáng)能電池具有更好分子間堆積，其器件的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)為17.0％，較未添加C8BT處理的二元有機(jī)太陽(yáng)能電池的PCE(15.4％)提高了10％，展現(xiàn)了較強(qiáng)的形貌改善能力。

技術(shù)研發(fā)人員：譚華,汪飛,于俊婷,朱衛(wèi)國(guó)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9