[發明專利]一種太陽能電池用空穴傳輸層聚合物材料及制備方法

在審

• 申請號: 201810320116.1
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108467477A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 徐海濤;符祥;張意晨;梁紅波
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

本發明涉及一種太陽能電池用空穴傳輸層聚合物材料及制備方法，所述的制備方法為：通過2,7?二溴?9H?咔唑與1,4?丁磺酸內酯加成反應，得到中間產物9?[1?(磺酸鈉)丁基]?2,7?二溴咔唑；通過9?[1?(磺酸鈉)丁基]?2,7?二溴咔唑與2,5?二硼酸噻吩偶聯反應，得到本發明空穴傳輸層材料聚{9?[1?(磺酸鈉)丁基]?2,7?咔唑?交替?噻吩}。本發明制備的空穴傳輸層聚合物材料用于太陽能電池，具有厚度不敏感、中性、水醇溶液加工、光電轉換效率高的特點。

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池用空穴傳輸層聚合物材料及制備方法，具體屬于光電材料技術領域。

背景技術

聚合物太陽能電池是新一代光伏發電器件，具有質量輕、柔性、成本低，可卷對卷生產等優點，可廣泛應用于便攜電子產品、可穿戴設備和智能窗口等領域。

空穴傳輸層材料是聚合物太陽能電池的重要組成部分。空穴傳輸層材料可以調控電極與活性層之間的能級匹配、可以調節內建電場、可以增強電荷收集、可以改變活性層形貌、可以提高活性層與電極的界面穩定性、可以阻止活性層與電極之間發生反應等功能特性。隨著高性能空穴傳輸層材料的不斷推出，目前聚合物太陽能電池的光電轉換效率已經突破13%，為產業化應用奠定了堅實的基礎。

目前聚合物太陽能電池常用的空穴傳輸層材料是聚（3,4-乙撐二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT∶PSS）。但PEDOT∶PSS呈強酸性，會腐蝕電極，不利于聚合物太陽能電池的長期穩定使用。另外，PEDOT∶PSS具有空穴傳輸各向異性的缺點，限制了空穴的傳輸與收集，不利于聚合物太陽能電池光電轉換效率的提高。

目前有文獻和專利報道使用共軛聚電解質材料作為聚合物太陽能電池的空穴傳輸層材料，比如PCP-Na、PFS、CPE-K、CPEPh-Na、PhNa-1T等。但是，上述共軛聚電解質具有低空穴遷移率的缺點，用于聚合物太陽能電池空穴傳輸層時，必須加工的特別薄，厚度一般低于10納米，才能保證電池具有高的光電轉換效率，加工工藝非常苛刻。

發明內容

針對目前常用的PEDOT:PSS空穴傳輸層材料強酸性的缺點，以及共軛聚電解質類空穴傳輸材料低空穴遷移率的缺點，本發明旨在提供一種中性、高空穴遷移率、可水醇溶液加工、高光電轉化效率的新型空穴傳輸層材料。

本發明一種太陽能電池用空穴傳輸層聚合物材料及制備方法，所述的聚合物材料結構式為：

所述的制備方法：

步驟1：向反應釜內加入1.0摩爾2, 7-二溴-9H-咔唑、0.05摩爾四丁基溴化胺和30.0毫升四氫呋喃，室溫磁力攪拌0.5小時，再加入10.0毫升2.0摩爾/升的氫氧化鈉水溶液和2.0摩爾1,4-丁磺酸內酯，在25℃磁力攪拌3.0~5.0小時；將反應產物倒入100.0毫升丙酮中，機械攪拌0.5小時，抽濾，得到中間產物9-[1-(磺酸鈉)丁基]-2,7-二溴咔唑。

步驟2：向反應釜內加入1.0摩爾的9-[1-(磺酸鈉)丁基]-2,7-二溴咔唑、1.5 摩爾2, 5-二硼酸噻吩和50.0毫升二甲基亞砜，室溫磁力攪拌0.5小時；再以鼓泡的方式，以1.0升/分鐘的流速通入氮氣1.0小時，然后加入0.04~0.05摩爾四三苯基膦鈀和10.0毫升2.0摩爾/升的碳酸鈉水溶液，以10℃/分鐘的升溫速度，升溫至90~100℃，恒溫在90~100℃磁力攪拌反應24.0~36.0小時；反應結束后降至室溫，將反應產物倒入100.0 毫升丙酮中，機械攪拌0.5小時，抽濾，得到太陽能電池用空穴傳輸層聚合物材料聚{9-[1-(磺酸鈉)丁基]-2,7-咔唑-交替-噻吩}。

本發明的有益效果：

本發明空穴傳輸層聚合物材料具有高空穴遷移率，用于太陽能電池空穴傳輸層，可以實現100納米厚度加工，降低了空穴傳輸層加工工藝苛刻難題。