[发明专利]一种侧链含氟聚噻吩及用于提高反向有机太阳能电池电极功函的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，涉及太阳能电池材料。

背景技术

聚合物太阳能电池由于成本低廉、轻薄灵活、易于实现大面积和柔性器件、器件结构和各层结构物质的可设计性等优点成为近年来太阳能电池研究与开发的热点。虽然目前本体异质结聚合物太阳能电池的器件效率已经超过了9%。[《自然光子学》（ 2012, 6, 591.]，但与非晶硅薄膜太阳能电池18%的能量转化效率相比仍有较大差距。造成器件效率低的原因之一是目前广泛使用的的空穴传输层聚3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)虽然具有高的空穴传输率，但是其低的电子阻隔率[应用物理快报，2008, 92, 023504. ]无法有效地阻隔电子到达阳极，使得器件效率低；另一方面，由于PEDOT:PSS的酸性和亲水性能导致电池器件稳定性低。因此，研发新型空穴传输层替代PEDOT:PSS迫在眉睫且要求严格。高效的空穴传输层不仅要具有高的空穴传导率和很好的电子阻挡能力，而且在阳极层界面可以形成规整排列，与本体异质结活性层有良好的界面分离性能。

发明内容

本发明的目的是提供了一种侧链含氟聚噻吩及将其用于提高反向有机太阳能电池电极功函的方法。该类侧链含氟聚噻吩，与活性层物质共混溶解性好，与活性层物质旋涂成膜后，自主装形成界面单分子层作为有机太阳能电池的空穴传输层，制备方法简单。将噻吩引入空穴传输层中，一方面能够提高与活性层的界面相容性，另一方面有利于提高空穴的收集和传输。另外，含氟侧链具有低的表面接触能，涂覆时更容易向接触空气/溶液界面偏移，与活性层接触时带有偶极效应，提高阳极功函。

本发明通过以下技术方案实现的。

本发明所述的侧链含氟聚噻吩具有如下结构。

 

其中，表示主链重复单元。m, n为聚合物主链单元的重复个数，m为自然数0-95，n为自然数5-100。m与n的比值范围为0-19。

R1为不同的氢、碳原子数为1到20的直链或支化链的烷基，碳原子数为1到20的直链或支化链的烷氧基，碳原子数为1到20的直链或支化链的烷氧苯基，或包含一个或多个芳香环的芳基。

R2为不同的氟、碳原子数为1到25的直链或支化链的烷基，不同的氟、碳原子数为1到25的直链或支化链的烷氧基，不同的氟、碳原子数为1到25的直链或支化链的烷氧苯基，或包含一个或多个芳香环的芳基的不同的氟、碳原子数为1到10的烷基。

本发明所述的将侧链含氟聚噻吩用于提高反向有机太阳能电池电极功函的方法，是将侧链含氟聚噻吩用作反向有机太阳能电池的空穴传输层。

本发明所述的侧链含氟聚噻吩用作太阳能电池的空穴传输层，是将侧链含氟聚噻吩与活性层物质共混配成溶液旋涂在电子传输层上，形成活性层和空穴传输层。其中，

侧链含氟聚噻吩分子作为空穴传输层物质在共混溶液中发生自主装现象，向空气/溶液界面偏移，靠近大气漂浮在活性层物质上面，因此旋涂的溶液在电子传输层上形成活性层，再在活性层上形成空穴传输层。

上述太阳能电池器件结构为器件结构一，如图1所示，1是基底材料（玻璃或柔性材料），2是ITO阴极层，3是电子传输层，4是电子给体材料、电子受体材料和侧链含氟聚噻吩的共混形成的电子传输层和空穴传输层， 5是金属阳极层；所述的侧链含氟聚噻吩用作太阳能电池的空穴传输层。

本发明也可直接配成溶液直接将侧链含氟聚噻吩旋涂在活性层上作为空穴传输层。

上述太阳能电池器件结构为器件结构二，如图2所示，6是基底材料（玻璃或柔性材料），7是ITO阴极层，8是电子传输层，9是电子给体材料和电子受体材料的共混薄膜活性层，10是空穴传输层，11是金属阳极层；所述的侧链含氟聚噻吩用作太阳能电池的空穴传输层。

所述的侧链含氟聚噻吩用作太阳能电池的空穴传输层。

更具体地说，所述的侧链含氟聚噻吩用作太阳能电池空穴传输层的制备方法如下。