有机光伏薄膜拉伸性能提升方法、有机太阳能电池及制备方法

本发明涉及光伏器件制备，具体为有机光伏薄膜拉伸性能提升方法、有机太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、有机太阳能电池具有显著的优点，如柔韧性、轻量化、低成本以及易大面积制备。基于此优势，它们可以制成薄膜，可以更好地适应各种形状和曲面，非常适合穿戴设备应用场景。因此发展具有良好拉伸性能的有机太阳能电池是优化可穿戴技术的有效策略。

2、目前大部分高效率有机太阳能电池的活性层均基于聚合物给体：小分子受体共混体系，该共混体系的力学性能较差，裂纹起始应变小于10％，弹性模量在1gpa左右，无法满足有机太阳能电池柔性可穿戴的应用要求。近年来一些提高有机光伏薄膜拉伸性能的方法被提出，例如通过在有机层材料中引入具有高弹性和良好力学性能的聚合物，如聚氨酯、硅橡胶、聚醚酯等弹性体；或者利用动态共价键或非共价键相互作用设计动态聚合物，这些动态键可以在受力时断裂并在应力释放后重新形成，赋予薄膜自我修复和优异的拉伸恢复能力。但这些方法在赋予薄膜更好的拉伸性能的同时也可能以牺牲一部分光电转化效率为代价，因此，如何在保持或提升有机太阳能电池光电转化效率的情况下改善活性层的力学性能成为待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供有机光伏薄膜拉伸性能提升方法、有机太阳能电池及制备方法，实现在保持或提升有机太阳能电池光电转化效率的情况下改善活性层的力学性能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种有机光伏薄膜拉伸性能提升方法，所述有机光伏薄膜的制备方法为将电子给体材料、电子受体材料和有机溶剂混合后形成有机光伏原材料，然后基于有机光伏原材料制备有机光伏薄膜，其特征在于：在有机光伏原材料中加入增柔剂，且增柔剂的添加质量为电子给体材料和电子受体材料总质量的0.2-20％。

4、一种有机太阳能电池，所述太阳能电池包括导电基底、空穴传输层、有机光伏薄膜活性层、电子传输层以及金属电极，所述有机光伏薄膜活性层在制备时采用有机光伏薄膜拉伸性能提升方法提升拉伸性能，且有机光伏薄膜活性层中的电子给体材料和电子受体材料的质量比为0.2-10。

5、优选的，所述有机光伏薄膜活性层中的增柔剂选自p型增柔剂或者n型增柔剂，所述p型增柔剂选自b(c6f5)3、cui、c60f36、c60f48、f2-tcnq、f4-tcnq、f6-tcnnq、mntppcl、cotpp、c60、fecl3、i2、moo3、mo(tfd)3、mo(tfd-cocf3)3、mn3o4、tcnq和v2o5中的一种；所述n型增柔剂选自csf、pei、pi-ph-pi、tp-tpi、fpi、tbaf、peie、cs2co3、cocp2中的一种；

6、所述有机光伏薄膜活性层中的有机溶剂选自氯仿、氯苯、二氯苯、三氯苯、甲苯、二甲苯、或四氢呋喃中的一种；

7、所述有机光伏薄膜活性层中的电子给体材料选自聚(对亚苯基亚乙烯)类、聚(亚芳基亚乙烯基)类、聚(对亚苯基)类、聚(亚芳基)类、聚噻吩类、聚喹啉类、吓啉类、酞菁类或者由吸电子共轭单元与给电子共轭单元偶联组成的共聚物中的一种，所述有机光伏薄膜活性层中的电子受体材料选自富勒烯或其衍生物、苝或其衍生物、萘或其衍生物、酰亚胺类受体、稠环电子受体和非稠环电子受体中的一种；

8、所述吸电子共轭单元为吡咯并吡咯二酮、苯并噻二唑、噻吩并吡咯二酮或者噻吩并噻吩中的一种，所述给电子共轭单元为咔唑、芴、苯并二噻吩、苯并二呋喃、二噻吩并苯或引达省中的一种。

9、优选的，所述有机光伏薄膜活性层采用旋涂、刮涂或印刷的方式沉积在空穴传输层表面，且有机光伏薄膜活性层的厚度为10-1000nm。

10、优选的，所述导电基底选自含有金属氧化物、石墨烯、碳纳米管或金属纳米线的玻璃或薄膜。

11、优选的，所述空穴传输层空穴传输层为pedot：pss层，厚度为20-90nm。

12、优选的，所述电子传输层为pfn-br或pdino，厚度为10nm。

13、优选的，所述金属电极材料选自钙、镁、钡、铝、银、金、铜、镍、锌、钛、锰、铁、铂或钼中的一种金属，且金属电极的厚度为100-300nm。

14、一种有机太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

15、s1、采用洗洁精稀释液、去离子水、丙酮、异丙醇依次对导电基底进行超声清洗，之后用氮气将表面异丙醇溶剂吹干，然后采用紫外臭氧清洗机对导电基底进行紫外臭氧处理30min；

16、s2、在臭氧处理后的导电基底的表面旋涂pdeot：pss溶液，旋涂条件为4000r/min，旋涂时间为30s，然后放入鼓风烘箱中进行烘干，条件为150℃、20min，以得到干燥的空穴传输层；

17、s3、将旋涂有空穴传输层的导电基底传入手套箱中，在空穴传输层表面旋涂有机光伏薄膜活性层的原材料，旋涂条件为2500r/min、60s，然后将导电基底在100℃热台上放置10min，对有机光伏薄膜活性层进行热退火处理，所述有机光伏薄膜活性层的原材料中的电子给体材料为ptb7-th、电子受体材料为n2200、增柔剂为f4-tcnq和有机溶剂为氯仿，且ptb7-th和n2200的质量比为1；

18、s4、在退火后的有机光伏薄膜活性层表面旋涂pfn-br电子传输层，旋涂条件为3000r/min、40s；

19、s5、将旋涂有pfn-br电子传输层的导电基底放入真空蒸镀设备中，在pfn-br表面蒸镀100nm厚度的金属电极ag，得到有机太阳能电池。

20、优选的，所述有机光伏薄膜活性层的原材料制备时在45℃加热搅拌溶解一整晚得到。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、本发明中将少量的增柔剂加入到有机光伏薄膜的给、受体原材料中，能够改善有机光伏薄膜的聚集态结构，有利于光伏性能，从而在保持或提高活性层光伏性能的情况下，提高活性层的可拉伸性能，降低模量，降低成本，提高导电性和循环拉伸稳定性，并且将该方法应用在有机太阳能电池中，在有机太阳能电池其他结构不做改变的情况下能够提高有机太阳能电池的导电性，改善有机太阳能电池的循环拉伸稳定性，降低有机太阳能电池的成本。

技术特征：

1.一种有机光伏薄膜拉伸性能提升方法，所述有机光伏薄膜的制备方法为将电子给体材料、电子受体材料和有机溶剂混合后形成有机光伏原材料，然后基于有机光伏原材料制备有机光伏薄膜，其特征在于：在有机光伏原材料中加入增柔剂，且增柔剂的添加质量为电子给体材料和电子受体材料总质量的0.2-20%。

2.一种有机太阳能电池，所述太阳能电池包括导电基底、空穴传输层、有机光伏薄膜活性层、电子传输层以及金属电极，其特征在于：所述有机光伏薄膜活性层在制备时采用权利要求1所述的方法提升拉伸性能，且有机光伏薄膜活性层中的电子给体材料和电子受体材料的质量比为0.2-10。

3.根据权利要求2所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述有机光伏薄膜活性层中的增柔剂选自p型增柔剂或者n型增柔剂，所述p型增柔剂选自b(c6f5)3、cui、c60f36、c60f48、f2-tcnq、f4-tcnq、f6-tcnnq、mntppcl、cotpp、c60、fecl3、i2、moo3、mo(tfd)3、mo(tfd-cocf3)3、mn3o4、tcnq和v2o5中的一种；所述n型增柔剂选自csf、pei、pi-ph-pi、tp-tpi、fpi、tbaf、peie、cs2co3、cocp2中的一种；

4.根据权利要求3所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述有机光伏薄膜活性层采用旋涂、刮涂或印刷的方式沉积在空穴传输层表面，且有机光伏薄膜活性层的厚度为10-1000nm。

5.根据权利要求3所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述导电基底选自含有金属氧化物、石墨烯、碳纳米管或金属纳米线的玻璃或薄膜。

6.根据权利要求3所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输层空穴传输层为pedot：pss层，厚度为20-90nm。

7.根据权利要求3所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层为pfn-br或pdino，厚度为10nm。

8.根据权利要求3所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述金属电极材料选自钙、镁、钡、铝、银、金、铜、镍、锌、钛、锰、铁、铂或钼中的一种金属，且金属电极的厚度为100-300nm。

9.一种权利要求3-8任意一项所述的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的有机太阳能电池制备方法，其特征在于：所述有机光伏薄膜活性层的原材料制备时在45℃加热搅拌溶解一整晚得到。

技术总结本发明涉及光伏器件制备技术领域，具体为有机光伏薄膜拉伸性能提升方法、有机太阳能电池及制备方法，所述有机光伏薄膜的制备方法为将电子给体材料、电子受体材料和有机溶剂混合后形成有机光伏原材料，然后基于有机光伏原材料制备有机光伏薄膜，并且在有机光伏原材料中加入增柔剂，且增柔剂的添加质量为电子给体材料和电子受体材料总质量的0.2‑20%，本发明中将少量的增柔剂加入到有机光伏薄膜的给、受体原材料中，能够改善有机光伏薄膜的聚集态结构，有利于光伏性能，从而在保持或提高活性层光伏性能的情况下，提高活性层的可拉伸性能，降低模量，降低成本，提高导电性和循环拉伸稳定性。技术研发人员：柯惠珍,裴珞汐,叶龙受保护的技术使用者：闽江学院技术研发日：技术公布日：2024/9/26