[发明专利]侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物及其制备的平面倒置有机/无机杂化钙钛矿太阳电池

说明书

本发明属于有机/无机杂化钙钛矿光伏技术领域，公开了一种侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物及其制备的平面倒置有机/无机杂化钙钛矿太阳电池。该共轭聚合物具有如下结构，式中，x和y为摩尔分数，0.01≤x≤0.5，y＝100－x；n为聚合度，并且n为1～500之间的自然数。将具有水/醇溶性的此类侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物通过溶液加工的方法制作在倒置型光伏器件的活性层和空穴传输层之间，实现良好的能级匹配以及电子阻挡效果，从而达到提高平面倒置有机/无机杂化钙钛矿太阳电池开路电压、填充因子和能量转换效率的目的。基于此类聚合物的应用，可以获得高光伏性能的平面倒置有机/无机杂化钙钛矿太阳电池器件。

技术领域

本发明属于有机/无机杂化钙钛矿光伏技术领域，特别涉及一种侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物及其制备的平面倒置有机/无机杂化钙钛矿太阳电池。

背景技术

随着全球对于能源需求的逐年增加，石油、煤炭等传统能源的日益枯竭，以及对保护地球生态环境的需要，全世界越来越多的科学家将研究集中在氢气、太阳能等取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。

成熟的无机硅、砷化镓、磷化铟等基于无机材料的太阳电池已经在市场上占有主导地位，然而由于其对于材料纯度的要求高，加工过程中会产生高能耗及污染等问题，且其价格非常昂贵，因此在追求低成本和绿色环保的今天，其大规模应用受到了限制。

基于溶液加工的有机-无机杂化钙钛矿类太阳电池最近在国际上倍受关注，该类钙钛矿材料具备吸收强，迁移率高，载流子寿命长，可调控带隙以及可采用多种方式加工等优点。短短6年，实验室小面积器件的功率转换效率已经从3.81％提高到20.1％，成为最有潜力的太阳电池技术。

钙钛矿太阳电池可以采取介孔和平面形式两种器件结构，其中介孔钙钛矿太阳电池制备过程中需要高温将TiO₂的前驱体转化成无机半导体，制备工艺较为复杂，相比之下，采用类似于有机太阳电池器件结构的平面倒装钙钛矿电池可以采用低温全溶液加工方法，这一点不仅可以使得生产能耗大幅降低，还能实现大面积生产，还可制备柔性器件，质量轻便，可满足不同的需要。

平面倒装钙钛矿电池器件结构为ITO/聚乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸钠的混合薄膜(PEDOT:PSS)/钙钛矿/苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)/银(Ag)其中PEDOT:PSS与钙钛矿之间并非最优化界面接触，PEDOT:PSS最高已占轨道能级(-5.1eV)与钙钛矿价带能级(-5.4eV)不匹配，而且PEDOT:PSS电子阻挡能力差，这也一定程度上导致平面倒装钙钛矿电池开路电压低于介孔钙钛矿电池，从而降低平面倒装钙钛矿电池光电转换效率。

发明内容

为了克服现有技术中PEDOT:PSS与钙钛矿之间非理想界面接触的缺点与不足，提高平面倒装钙钛矿电池开路电压和光电转换效率，本发明的首要目的在于提供一种侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物。

本发明的又一目的在于提供上述侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种由上述侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物制备而成的平面倒置有机/无机杂化钙钛矿太阳电池。

本发明的另一目的在于提供上述平面倒置有机/无机杂化钙钛矿太阳电池的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物，该共轭聚合物具有如下结构：

式中，x和y为摩尔分数，并且0.01≤x≤0.5，y＝100－x；n为聚合度，并且n为1～500之间的自然数；

其中，结构单元A为侧链含有磺酸或者磺酸盐的芳香化合物或者芳香杂环化合物，A单元具有如下结构之一：

2,7-取代芴；