[發(fā)明專利]一種聯(lián)二萘基有機聚合物空穴傳輸材料及其合成方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011013398.4
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112126057B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文華;宗雪平;梁茂;薛松;朱連杰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: C08G65/40
• 分類號: C08G65/40;H01L51/46
• 代理公司: 天津耀達(dá)律師事務(wù)所 12223
• 代理人: 張耀

本發(fā)明涉及一種聯(lián)二萘基有機聚合物空穴傳輸材料及其合成方法和應(yīng)用。該類化合物以可調(diào)能級的三芳胺基團作為給電子單元，以具有一定螺旋結(jié)構(gòu)的聯(lián)二萘基為聚合物骨架，通過使用不同的側(cè)鏈其串聯(lián)形成高聚物，具有式(PI)所示結(jié)構(gòu)。所述化合物聚合反應(yīng)采用非鈀催化的聚合反應(yīng)，條件溫和，產(chǎn)率高，成本低廉。該類化合物具有非共軛聚合物主鏈結(jié)構(gòu)，具有良好的柔性、溶解性和成膜性，可以用于制備鈣鈦礦太陽能電池中的空穴傳輸層。鈣鈦礦前驅(qū)液在空穴傳輸層表面浸潤性良好，可以制備出高質(zhì)量鈣鈦礦晶體，實現(xiàn)高效光電轉(zhuǎn)換和延長電池使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聯(lián)二萘基有機聚合物空穴傳輸材料及其合成方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

太陽能電池能夠有效利用清潔可再生的太陽能，實現(xiàn)高效光電轉(zhuǎn)換，有望解決日益嚴(yán)峻的能源危機和環(huán)境污染問題。鈣鈦礦太陽能電池是一種基于有機-無機雜化鈣鈦礦材料制備的新型太陽能電池。2009年，鈣鈦礦太陽能電池第一次面世時的效率只有3.8％(JACS,2009,131(17):6050)，但是10年后的今天，鈣鈦礦太陽能電池的實驗室效率便躍升至25.2％。然而，由于鈣鈦礦太陽能電池器件穩(wěn)定性較差，制約了其商業(yè)化推廣應(yīng)用。因此，優(yōu)化鈣鈦礦電池的關(guān)鍵材料，保證器件高效光電轉(zhuǎn)換，同時延長電池的使用壽命，對實現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

由空穴傳輸材料制備的空穴傳輸層，是鈣鈦礦太陽能電池的重要組成部分，具有空穴抽取、傳輸和抑制電荷復(fù)合的重要作用。特別在倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池中，鈣鈦礦光敏層沉積在空穴傳輸層之上，因此，空穴傳輸層的薄膜質(zhì)量決定了鈣鈦礦結(jié)晶質(zhì)量，進而影響到電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率和使用壽命。目前，高效率的倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池使用最多的空穴傳輸材料是聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)，但是PTAA一方面提純復(fù)雜，導(dǎo)致其成本較高，另一方面為了獲得高導(dǎo)電性，PTAA具備較高的分子聚合度，但是，高聚合度容易導(dǎo)致材料的溶解性不好、成膜性較差，致使薄膜的致密性和平整性不佳，不利于鈣鈦礦結(jié)晶，空穴傳輸層和鈣鈦礦層的薄膜缺陷會引起電池內(nèi)部電荷復(fù)合，造成電池的效率和穩(wěn)定性下降(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,12529.；Science2018,359,1391-1395)。目前的解決策略主要是采用分子工程，在材料分子中引入多個烷(氧)基長鏈或者引入磺酸基團，以增強聚合物的溶解性和成膜性。然而，較多長鏈易引起分子堆積密度低，導(dǎo)致材料空穴遷移率降低；磺酸基團使分子呈現(xiàn)弱酸性，會破壞鈣鈦礦材料，不利于提高鈣鈦礦電池的器件穩(wěn)定性。

本發(fā)明采用聯(lián)二萘基為中心母核結(jié)構(gòu)，在其側(cè)鏈酚羥基引入烷基、酯基等多種官能團，構(gòu)筑非全程共軛結(jié)構(gòu)的聚合物主鏈，以制備出高效率、良好鈣鈦礦前驅(qū)液浸潤性和薄膜形態(tài)穩(wěn)定的空穴傳輸材料，應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池，獲得高光電轉(zhuǎn)換效率和器件穩(wěn)定性，這也是本發(fā)明中重點闡述的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的之一在于提供一種聯(lián)二萘基有機聚合物空穴傳輸材料及其制備方法；

本發(fā)明目的之二在于，提供上述聯(lián)二萘基有機聚合物空穴傳輸材料的用途。

本發(fā)明的技術(shù)方案

本發(fā)明所提供的聯(lián)二萘基有機聚合物空穴傳輸材料具有如下式(PI)的結(jié)構(gòu)通式：

式(PI)中：R為C1～C12烴基、C1～C12烷氧基、C1～C12烷基硫醚。Ar為C2～C6烴基、間位或?qū)ξ黄S基，鄰位、間位或?qū)ξ槐郊柞；〈泥徫弧㈤g位或者對位苯甲酰基，噻吩二甲酰基，或者具有乙氧基橋的噻吩二甲酰基。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選技術(shù)方案中，Ar為式1、式2、式3、式4、式5、式6、式7、式8、式9、式10、式11、式12、式13、式14所示基團。