[發明專利]一種陰極界面修飾材料、其制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201910207187.5
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109912596B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 李振;李雅琴;李倩倩;閔杰
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C07D471/06
• 分類號: C07D471/06;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 石超群

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種陰極界面修飾材料、其制備方法及其應用，該陰極界面修飾材料，結構通式如式Ⅰ所示：其中，R1選自H、中的任意一種；R2選自中的任意一種。本發明提供的陰極界面修飾材料具有較高的光電轉換效率，能夠被應用于有機聚合物太陽能電池中，特別是應用于非富勒烯太陽能電池中。本發明的陰極界面修飾材料在苝酰亞胺兩側引入位阻逐漸增大的側邊基團，使苝酰亞胺類分子變得更加扭曲，能夠實現對分子堆積狀態的調控，從而優化膜的形貌和器件效率，提高了光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種陰極界面修飾材料、其制備方法及其應用。

背景技術

目前，全球消耗的能源主要是化石燃料，然而它在使用過程中會對環境造成巨大的污染。另一方面，化石能源也是非常有限的，其枯竭是不可避免的。因此，發展可持續的清潔能源是21世紀學術界和工業界共同面臨的主要問題之一。直接將太陽能轉化為電能的太陽能電池已成為解決全球能源問題最有希望的產品之一。雖然無機硅太陽能電池目前效率較高，但由于其生產過程成本高、能耗大，限制了其廣泛的應用。因此，人們對新型廉價的有機太陽能電池進行了廣泛的研究。有機太陽能電池因其成本低、重量輕、靈活性好等優點而備受關注。它可以通過“旋涂”(spin-coating)、“卷對卷”(roll-to roll)或刮涂(blade-coating)等低溫溶液加工處理方式進行制備。此外，還可以通過柔性基體制作柔性太陽能電池，在便攜式和可穿戴電子設備中具有廣闊的應用前景。

有機聚合物太陽能電池通常由聚合物給體與富勒烯或非富勒烯受體共混的活性層、陰極和陽極界面層組成。一般來說，可以通過優化活性層材料、器件結構和制備工藝來提高器件的效率。此外，由于界面材料具有良好的歐姆接觸、活性層與電極匹配的能級、提高對電子或空穴的選擇性等優點，界面工程也是實現器件良好性能的有效策略。與LiF、Cs₂CO₃、CsF等無機金屬鹽相比，水/醇溶性有機陰極界面修飾材料具有一些獨特的優點：可室溫溶液加工、能級可調、穩定性好。

曹鏞課題組在太陽能電池界面修飾方面取得了優越的研究成果，其中最為著名的當屬PFN。2012年，他們采用PFN作為陰極界面修飾材料，并且運用到倒置聚合物太陽能電池，光電轉換效率(PCE)達到9.2％。2014年，李永舫課題組報道了兩種分別以氨基和氮氧基為末端的苝酰亞胺(PDI)類小分子化合物，在PTB7-Th體系中器件效率達到8.35％。2016年，彭強課題組合成了一系列以三苯胺為核，和含有不同極性側鏈芴單元組成的“星”型有機陰極界面修飾材料，在PTB7:PC₇₁BM的正置器件其效率高達10.1％。

雖然陰極界面修飾材料的研究已經取得了不錯的成果，但它們主要還是適用富勒烯太陽能電池，能夠運用于非富勒烯太陽能電池的界面材料還很少報道。同時，這些界面材料的合成相對較為復雜，經濟性較差。因此，如何設計并合成能夠應用到非富勒烯太陽能電池中并且合成步驟簡單的陰極界面修飾材料成為此領域的研究重點和難點。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種陰極界面修飾材料，其具有較高的光電轉換效率，能夠作為有機聚合物太陽能電池的陰極界面材料。

本發明的目的之二在于提供一種陰極界面修飾材料的制備方法，合成方法簡單高效、環境污染小、易實施、且結構確定，具有很好的普適性和重復性。

本發明的目的之三在于提供一種陰極界面修飾材料的應用，將其應用于有機聚合物太陽能電池中用于修飾陰極界面，具有較高的光電轉換效率。

本發明實現目的之一所采用的技術方案是：一種陰極界面修飾材料，結構通式如式Ⅰ所示：

其中，

R1選自H、中的任意一種；

R2選自中的任意一種。