[發明專利]一類基于疊氮衍生物的可交聯太陽能電池界面材料

在審

• 申請號: 201710564385.8
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107189041A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 張杰;高潮;趙寶鋒;彌育華;伍致生;郭旺軍
• 申請（專利權）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: C08G61/10
• 分類號: C08G61/10;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心11011
• 代理人: 梁勇

技術領域

本發明屬于功能高分子領域，具體涉及一類太陽能電池界面材料。

背景技術

目前研究和應用最廣泛的太陽電池主要是單晶硅、多晶硅和非晶硅系列電池，然而該類電池具有原料成本高、生產工藝復雜、制造工藝成本高、能耗高、等缺點限制了其進一步產業化。作為第三代太陽能電池，有機太陽能電池具有低成本、柔性好、易制備等顯著優勢，通過調節材料結構來開發新型高轉化率的有機太陽能電池是一種可以有效提高太陽能電池的性能的研究方法。目前已有研究表明有機太陽能電池中，介于金屬氧化物和活性層之間的界面層，能夠有效改變金屬氧化物表面形貌、且對活性層縱向形貌有一定的調節作用。界面層對整個電池的能量轉化效率有著重要影響，對開發新型高轉化率的太陽能電池具有十分重要的意義。

近年來，科研人員設計合成了一系列基于9,9-二(烷基胺)芴片段的共聚物，能夠有效改進活性層與傳輸層的界面性能。曹鏞等人合成的PFN是目前廣泛使用的界面層材料，該材料可有效提高器件的V_oc，J_sc，和FF[Appl.Phys.Lett.2009,95,043301；J.Mater.Chem., 2010,20,2617–2622；Adv.Mater.2011,23,4636–4643；Adv.Funct.Mater.2012,22, 2846–2854；Organic Electronics,2014,15,758–774]。針對該類材料與界面相互作用較弱的缺點，黃飛等人通過在脂溶性片段中引入烯烴[Adv.Energy Mater.2016,1502563]、氧丁環[J.Am.Chem.Soc.,2013,135(41),15326–15329]等方式，在加熱或者光照條件下發生交聯來提高該類材料的穩定性及穩固與界面的相互作用。方俊峰等人報道了基于PFN 氨基片段的小分子界面層材料[Adv.Energy Mater.2014,1400359]，可將PTB₇/PC₇₁BM為活性層的太陽能電池效率提高到8.93％。彭強等人也報道了基于三苯胺結構的小分子受體材料 [Adv.Funct.Mater.2016,adfm.201504734]，該類材料可將PTB₇/PC₇₁BM為活性層的太陽能電池效率提高到10.1％。

鑒于以上所述界面層對電池性能的影響，在界面層主鏈上引入疊氮衍生物制備的新型可交聯太陽能電池界面材料有望進一步改善金屬氧化物表面形貌，調節活性層縱向形貌分布，提升電荷傳輸能力，從而提高器件光伏性能，但是迄今還未見有關此類材料的制備方法及其應用于光伏電池中的報道。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足和缺陷，本發明提供一類基于疊氮衍生物的可交聯太陽能電池界面材料：具有疊氮可交聯的基于芴、茚并芴骨架的高分子聚合物，醇溶性好，熱穩定性好，可光照或加熱交聯。

將疊氮基團引入到聚合物烷基鏈末端，由于疊氮官能團在加熱或紫外光照下能夠交聯的特性，在極性片段修飾金屬氧化物表面、影響活性層縱向形貌分布的同時，通過聚合物鏈間交聯有效夠提升界面層穩定性，進一步提升器件光電轉化性能；該類材料可有效提升器件性能，表現出比目前廣泛使用的界面材料PFN更佳的光電轉化性能。

本發明的疊氮可交聯聚合物具有以下結構特征(式Ⅰ～Ⅵ)：

式Ⅰ～Ⅵ中，x,y,z是各個單體之間摩爾數比例，滿足x＝y+z，y＝x+z，或者z＝x+y特征之一；n為聚合度，是介于0～100萬之間的自然數；

界面親和單元PG選自下述結構之一：

該類結構包括氨基以其氮氧化物，與碳原子數為1到8的直鏈或支鏈的鹵代烷季銨化所得到的季銨鹽，與各類酸(包括但不限于硝酸根、乙酸根、硫酸根、磷酸根、高氯酸根等) 所形成的鹽，或者氮氧化物等形態存在的各類衍生物。

脂溶性單元LG選自下述結構之一：