[發(fā)明專利]一種含多胺支鏈的苝酰亞胺陰極界面層的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810084316.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN108299432A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周丹;徐鎮(zhèn)田;徐海濤;李明俊;鄭夏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): C07D471/06
• 分類號(hào): C07D471/06;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

本發(fā)明公開了一種含多胺支鏈的苝酰亞胺陰極界面層的制備方法，該多胺支鏈的苝酰亞胺衍生物可通過一步簡(jiǎn)單的取代反應(yīng)獲得。以咪唑?yàn)槿軇尤氪呋康拇姿徜\，首次將3,4,9,10?苝四羧酸酐和四亞乙基五胺回流反應(yīng)過夜。待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，倒入大量丙酮中攪拌三小時(shí)，過濾，濾掉咪唑和未反應(yīng)完的四亞乙基五胺，收集濾渣，濾渣用甲醇溶解，中性氧化鋁柱子，旋干溶劑，在真空下干燥得到紫色的固體產(chǎn)物。由于支鏈含有多胺，賦予該n?型苝酰亞胺衍生物既可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好水/醇等極性溶劑加工，降低功函，又能改善上層活性層形貌并解決界面層厚度敏感問題。可作為大面積印刷生產(chǎn)的光伏電池、LED和FET等器件的陰極界面層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)太陽能電池陰極界面技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含多胺支鏈的苝酰亞胺陰極界面層的制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球環(huán)境污染及能源危機(jī)日益嚴(yán)重，開發(fā)新的可再生能源迫在眉睫，相比于其他可再生能源，太陽能具備諸多優(yōu)勢(shì)，如資源豐富、潔凈無污染和受地理位置限制小等。目前商業(yè)化的無機(jī)硅電池因其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備昂貴、硅材料受限制以及轉(zhuǎn)換效率已基本達(dá)到極限等原因，使其進(jìn)一步大范圍商業(yè)化推廣受到較大的限制。相反，可溶液加工的有機(jī)光伏電池因其成本低、價(jià)格低廉和可大面積印刷生產(chǎn)受到了學(xué)者們的青睞。國(guó)內(nèi)外許多研究者認(rèn)為有機(jī)聚合物太陽能電池能夠真正解決目前商業(yè)化的光伏電池面臨的高成本、低輸出率問題。然而，活性層和陰極電極界面勢(shì)壘大、活性層形貌不理想和界面層厚度敏感問題，導(dǎo)致電荷分離和傳輸效率低，進(jìn)一步限制器件的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，設(shè)計(jì)并合成恰當(dāng)?shù)年帢O界面層對(duì)提高器件的能量轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。

目前有機(jī)聚合物太陽能電池器件的陰極界面層多為無規(guī)或交替的共軛聚合物電解質(zhì)、富勒烯衍生物和無機(jī)的氧化鋅等，這些已報(bào)道的陰極界面層均不能同時(shí)解決活性層形貌、界面勢(shì)壘和界面層厚度敏感問題。為了同時(shí)解決活性層形貌、界面勢(shì)壘和界面層厚度敏感問題，本發(fā)明首次設(shè)計(jì)合成了以四亞乙基五胺為極性支鏈，苝酰亞胺為核的陰極界面層，該界面層具有很多獨(dú)特的性能。一方面，由于四亞乙基五胺極性支鏈能夠與基底發(fā)生強(qiáng)烈的界面相互作用，從而自組裝成有序的形貌，進(jìn)一步作為模板誘導(dǎo)上層活性層有序排列，改善上層活性層的形貌；另一方面，四亞乙基五胺支鏈可以形成有利的偶極子，降低電極的功函，從而降低活性層和陰極電極界面勢(shì)壘。更值得一提的是四亞乙基五胺含有氮原子，氮原子上的孤對(duì)電子可往缺電子的苝酰亞胺核發(fā)生轉(zhuǎn)移，形成n-型自摻雜效應(yīng)，n-型自摻雜效應(yīng)還可進(jìn)一步形成更大的偶極子，進(jìn)一步降低界面勢(shì)壘，提高導(dǎo)電率和電荷傳輸效率，同時(shí)由于苝酰亞胺屬于n-型界面層，還可以解決界面層厚度敏感問題。因此，設(shè)計(jì)含四亞乙基五胺支鏈的苝酰亞胺衍生物作為陰極界面層可同時(shí)解決活性層和電極之間界面勢(shì)壘大、上層活性層形貌差和界面層厚度敏感的問題，并且可以巧妙的利用n-型自摻雜效應(yīng)進(jìn)一步降低界面勢(shì)壘并提高導(dǎo)電率，最終提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種含多胺支鏈的苝酰亞胺陰極界面層的制備方法；現(xiàn)有的陰極界面層為無規(guī)或交替的共軛聚合物電解質(zhì)、富勒烯衍生物和無機(jī)的氧化鋅等，這些已報(bào)道的陰極界面層均不能同時(shí)解決活性層形貌、界面勢(shì)壘和界面層厚度敏感問題。而本發(fā)明設(shè)計(jì)合成的以四亞乙基五胺為極性支鏈，以苝酰亞胺為核的陰極界面層具有諸多優(yōu)勢(shì)。一方面，由于支鏈的四亞乙基五胺極性能夠與基底發(fā)生強(qiáng)烈的界面之間的相互作用，從而自組裝成有序的形貌，進(jìn)一步作為模板誘導(dǎo)上層活性層有序排列，改善上層活性層的形貌；另一方面，四亞乙基五胺支鏈本身具有較強(qiáng)的極性，可以形成有利的界面偶極子，降低陰極電極的功函，從而降低活性層和陰極電極之間界面勢(shì)壘。更值得一提的是支鏈四亞乙基五胺含有氮原子，氮原子上未配對(duì)的孤對(duì)電子可往缺電子的苝酰亞胺核發(fā)生轉(zhuǎn)移，形成n-型自摻雜效應(yīng)，n-型自摻雜效應(yīng)還可進(jìn)一步形成更大的偶極子，進(jìn)一步降低界面勢(shì)壘，提高導(dǎo)電率和電荷傳輸效率，同時(shí)由于苝酰亞胺屬于n-型界面層，還可以解決界面層厚度敏感問題。因此，設(shè)計(jì)含四亞乙基五胺支鏈的苝酰亞胺衍生物作為陰極界面層可同時(shí)解決活性層和電極之間界面勢(shì)壘大、上層活性層形貌差和界面層厚度敏感的問題，并且可以巧妙的利用n-型自摻雜效應(yīng)進(jìn)一步降低界面勢(shì)壘，最終提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。