一種富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料配方的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽能電池，尤其是涉及一種富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物[PC71BM]電 子受體材料配方。
【背景技術】
[0002] 近年來，新一代的太陽能電池發展迅速，尤其是具有成本低、可制成柔性、可調控、 制作工藝簡單等優點的有機太陽能電池和鈣鈦礦型太陽能電池的發展令人矚目。目前，有 機太陽能電池的能量轉化效率已經超過10%，而鈣鈦礦型太陽能電池能量轉化效率增長的 速度更是迅猛，逼近商業化的硅電池，已經超過15%能量轉化效率的鈣鈦礦型太陽能電池 具有廣闊的前景 [1，2]。
[0003] 富勒烯及其衍生物由于具有良好的電荷分離、傳輸能力，可調控的LUMO能級，良 好的溶解性和成膜性等優良性能，被廣泛應用于鈣鈦礦型太陽能電池、有機太陽能電池、有 機光導體等光電子器件中，其中C6tl衍生物[6, 6]_苯基-碳61-丁酸甲酯[PC61BM]是應用最 多的富勒烯電子受體材料，而與PC61BM相類似的C7tl衍生物[6, 6]-苯基-碳71- 丁酸甲酯 [PC71BM]由于具備更好的吸光性、溶解性和成膜性，已被證明是更為出色的富勒烯電子受體 材料[3_ 8]。雖然許多工作已將PC71BM應用于有機太陽能電池和鈣鈦礦型太陽能電池中，但是 忽略了PC71BM異構體之間的相互作用的影響，加上不同批次合成的PC71BM的異構體相對含 量并不相同，導致所獲得的能量轉換效率時高時低，因此如何分配PC71BM的三種主要異構 體在電子受體材料中的含量才能使得太陽能電池獲得高的能量轉換效率也尚不知曉 [9〃°]。
[0004] 參考文獻：
[0005] [1]A.Kojima,K.Teshima,Y.Shirai,T.Miyasaka,OrganometalHalide PerovskitesasVisible-LightSensitizersforPhotovoltaicCells，Journalofthe AmericanChemicalSociety,131(2009)6050-6051.
[0006] [2]H.J.Snaith，Perovskites:TheEmergenceofaNewErafor Low-Cost,High-EfficiencySolarCells,JournalofPhysicalChemistry Letters, 4(2013)3623-3630.
[0007] [3]Y.He,Y.Li,Fullerenederivativeacceptorsforhighperformance polymersolarcells,PhysicalChemistryChemicalPhysics,13 (2011) 1970-1983.
[0008] [4]M.M.Wienk，J.M.Kroon，W.J.H.Verhees，J.Knol，J.C.Hummelen，P.A.van Hal,R.A.J.Janssen,Efficientmethano[70]fullerene/MDM〇-PPVbulkheterojunction photovoltaiccells,AngewandteChemie-InternationalEdition,42 (2003)3371-3375.
[0009] [5]M.Williams,N.R.Tummala,S.G.Aziz,C.Risko,J. -L.Bredas,Influence ofMolecularShapeonSolid-StatePackinginDisorderedPC61BMandPC71BM Fullerenes，JournalofPhysicalChemistryLetters,5 (2014)3427-3433.
[0010] [6]S.PaekjN.ChojH.Choi,H.Jeong,J.S.LimjJ. -Y.Hwang,J.K.Lee,J. KojImprovedExternalQuantumEfficiencyfromSolution-Processed(CH3NH3) PbI3Perovskite/PC71BMPlanarHeterojunctionforHighEfficiencyHybridSolar Cells，JournalofPhysicalChemistryC， 118(2014)25899-25905.
[0011] [7]C. -H.Chiang,Z. -L.Tseng,C. -G.WujPlanarheterojunctionperovskite/ PC71BMsolarcellswithenhancedopen-circuitvoltageviaa(2/1)-step spin-coatingprocess,JournalofMaterialsChemistryA,2 (2014) 17897-17903.
[0012] [8]T.Ameri,T.Heumueller,J.Min,N.Li,G.Matt,U.Scherf,C.J.Brabec,IR sensitizationofanindene_C60bisadduct(ICBA)internaryorganicsolar cells,Energy&EnvironmentalScience,6 (2013) 1796-1801.
[0013] [9]Y.Liu,Z.Hong,Q.Chen,W.Chang,H.Zhou,T. -B.Song,E.Young,Y.Yang,J. You,G.Li,IntegratedPerovskite/BuIk-HeterojunctiontowardEfficientSolar Cells，NanoLetters， 17(2017)662-668.
[0014] [10]Y.Santo,I.Jeon,K.S.YeojT.Nakagawa,Y.Matsuo,Mixtureof[60]and[70] PCBMgivingmorphologicalstabilityinorganicsolarcells,AppliedPhysics Letters, 103(2013).
【發明內容】
[0015] 本發明的目的在于為了解決使用PC71BM作為電子受體材料難以獲得穩定高效的 能量轉化效率的問題，提供能夠提高太陽能電池能量轉化效率的一種。
[0016] 所述富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料的配方包括異構體PC71BM-a、 PC71BM- 0 兩PC71BM- 0 2，異構體PC71BM-a、PC71BM- 0 兩PC71BM- 0 2的分子結構特征分別 為：
[0017]
【主權項】
1. 一種富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料配方，其特征在于包括異構體 PC71BM- a、PC71BM- β JP PC 71ΒΜ- β 2，異構體 PC71BM- a、PC71BM- β JP PC 71ΒΜ- β 2的分子結構 特征分別為：
所述異構體PC71BM-Ci按質量百分比占富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料總質 量的70 %~95 %，異構體PC71BM- β i按質量百分比占富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體 材料總質量的2. 5%~15%，異構體PC71BM-^2按質量百分比占富勒烯苯基丁酸甲酯衍生 物電子受體材料總質量的2. 5%~15%。
2. 如權利要求1所述一種富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料配方，其特征在于 異構體 PC71BM-Ci、PC71BM-0jPPC71BM-0^質量百分比為 85%: 5%: 10%。
3. -種富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料在制備光伏器件中的應用。
4. 如權利要求3所述應用，其特征在于其應用方法如下： 將異構體PC71BM- a、PC71BM_ β JP PC 71ΒΜ- β 2按要求配比，或通過有機合成方法按照上 述比例制得PC71BM的異構體混合物后，溶解于一氯代苯溶劑中，配制成總質量濃度為30~ 40mg/mL的溶液，經過40~50°C加熱攪拌30min處理、自然冷卻、靜置20min處理，在鈣鈦 礦基底表面上均勻鋪展后，經過IOh以上的溶劑退火，形成厚度為60~90nm的電子受體固 體薄膜，在電子受體薄膜表面，通過真空熱蒸鍍的方法覆蓋一層厚度60nm以上的鋁、銀或 金電極，得到光伏器件。
【專利摘要】一種富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料配方，涉及太陽能電池。所述富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料的配方包括異構體PC71BM-α、PC71BM-β1和PC71BM-β2，所述異構體PC71BM-α按質量百分比占富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料總質量的70％～95％，異構體PC71BM-β1按質量百分比占富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料總質量的2.5％～15％，異構體PC71BM-β2按質量百分比占富勒烯苯基丁酸甲酯衍生物電子受體材料總質量的2.5％～15％。具有極大改善電子受體成膜性的作用，對于提高鈣鈦礦型太陽能電池的效率有明顯效果，能夠獲得高達18％的能量轉化效率。
【IPC分類】H01L51-44, H01L51-46, H01L51-42
【公開號】CN104851979
【申請號】CN201510277837
【發明人】謝素原, 戴思敏, 鄧林龍, 張欣, 李翔, 陳威伊, 田成波, 王鑫, 湛新星, 朱佩
【申請人】廈門大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月27日