[发明专利]一类基于叠氮衍生物的可交联太阳能电池界面材料

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子领域，具体涉及一类太阳能电池界面材料。

背景技术

目前研究和应用最广泛的太阳电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅系列电池，然而该类电池具有原料成本高、生产工艺复杂、制造工艺成本高、能耗高、等缺点限制了其进一步产业化。作为第三代太阳能电池，有机太阳能电池具有低成本、柔性好、易制备等显著优势，通过调节材料结构来开发新型高转化率的有机太阳能电池是一种可以有效提高太阳能电池的性能的研究方法。目前已有研究表明有机太阳能电池中，介于金属氧化物和活性层之间的界面层，能够有效改变金属氧化物表面形貌、且对活性层纵向形貌有一定的调节作用。界面层对整个电池的能量转化效率有着重要影响，对开发新型高转化率的太阳能电池具有十分重要的意义。

近年来，科研人员设计合成了一系列基于9,9-二(烷基胺)芴片段的共聚物，能够有效改进活性层与传输层的界面性能。曹镛等人合成的PFN是目前广泛使用的界面层材料，该材料可有效提高器件的V_oc，J_sc，和FF[Appl.Phys.Lett.2009,95,043301；J.Mater.Chem.,2010,20,2617–2622；Adv.Mater.2011,23,4636–4643；Adv.Funct.Mater.2012,22,2846–2854；Organic Electronics,2014,15,758–774]。针对该类材料与界面相互作用较弱的缺点，黄飞等人通过在脂溶性片段中引入烯烃[Adv.Energy Mater.2016,1502563]、氧丁环[J.Am.Chem.Soc.,2013,135(41),15326–15329]等方式，在加热或者光照条件下发生交联来提高该类材料的稳定性及稳固与界面的相互作用。方俊峰等人报道了基于PFN氨基片段的小分子界面层材料[Adv.Energy Mater.2014,1400359]，可将PTB₇/PC₇₁BM为活性层的太阳能电池效率提高到8.93％。彭强等人也报道了基于三苯胺结构的小分子受体材料[Adv.Funct.Mater.2016,adfm.201504734]，该类材料可将PTB₇/PC₇₁BM为活性层的太阳能电池效率提高到10.1％。

鉴于以上所述界面层对电池性能的影响，在界面层主链上引入叠氮衍生物制备的新型可交联太阳能电池界面材料有望进一步改善金属氧化物表面形貌，调节活性层纵向形貌分布，提升电荷传输能力，从而提高器件光伏性能，但是迄今还未见有关此类材料的制备方法及其应用于光伏电池中的报道。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一类基于叠氮衍生物的可交联太阳能电池界面材料：具有叠氮可交联的基于芴、茚并芴骨架的高分子聚合物，醇溶性好，热稳定性好，可光照或加热交联。

将叠氮基团引入到聚合物烷基链末端，由于叠氮官能团在加热或紫外光照下能够交联的特性，在极性片段修饰金属氧化物表面、影响活性层纵向形貌分布的同时，通过聚合物链间交联有效够提升界面层稳定性，进一步提升器件光电转化性能；该类材料可有效提升器件性能，表现出比目前广泛使用的界面材料PFN更佳的光电转化性能。

本发明的叠氮可交联聚合物具有以下结构特征(式Ⅰ～Ⅵ)：

式Ⅰ～Ⅵ中，x,y,z是各个单体之间摩尔数比例，满足x＝y+z，y＝x+z，或者z＝x+y特征之一；n为聚合度，是介于0～100万之间的自然数；

界面亲和单元PG选自下述结构之一：

该类结构包括氨基以其氮氧化物，与碳原子数为1到8的直链或支链的卤代烷季铵化所得到的季铵盐，与各类酸(包括但不限于硝酸根、乙酸根、硫酸根、磷酸根、高氯酸根等)所形成的盐，或者氮氧化物等形态存在的各类衍生物。

脂溶性单元LG选自下述结构之一：