[发明专利]一种超支化磺酸钠小分子电子传输层的制备方法

说明书

本发明公开了一种超支化磺酸钠小分子电子传输层的制备方法，该超支化磺酸钠小分子电解质可通过一步简单的反应制得。首先，将四亚乙基五胺加入到干燥的四氢呋喃溶液中，在冰浴和氮气氛围下加入NaH，室温搅拌2h，再将反应液升至50℃反应过夜，通过恒压滴液漏斗加入过量的1,4‑丁烷磺内酯，反应结束后冷却至室温，抽滤，收集滤渣，得到的滤渣溶于去离子水，用孔径为1000的透析袋透析提纯，得到淡黄色的目标产物PNSO₃Na。由于超支化侧链极性基团的存在，赋予该小分子既可以实现水和醇等环境友好极性溶剂加工，又能形成界面偶极子，降低功函，改善界面接触。可作为良好的光伏电池、LED和FET等器件的阴极界面层。

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池电子传输层技术领域，特别是涉及一种超支化磺酸钠小分子电子传输层的制备方法。

背景技术

随着全球环境污染及能源危机日益严重，开发新的可再生能源迫在眉睫。在众多可再生能源中，太阳能一枝独秀，具备资源丰富、洁净和具有普遍性等优势。传统的无机硅太阳能电池因其生产工艺复杂、生产设备昂贵、硅材料受限制以及转换效率已基本达到极限等原因，限制了其进一步工业化扩大生产。相反，有机聚合物太阳能电池具有质优、价廉、可溶液印刷生产和结构可控等优势，引起了国内外学者的广泛兴趣。然而，有机聚合物太阳能电池目前面临成本高和能量转换效率低等问题。目前，活性层和阴极电极之间存在较大的界面势垒和活性层形貌差等问题，限制了激子的分离和载流子的传输效率，使得器件的光电转换效率并不理想。因此，设计并合成恰当的电子传输层是提高器件光电转换效率的一种有效途径。

目前有机太阳能电池电子传输层仅仅为无规或交替的共轭聚合物电解质、富勒烯衍生物、小分子电解质、无机的氧化锌等作为电子传输层，这些电子传输层均不能同时解决活性层形貌和界面势垒两大问题，并获得环境友好加工和制备工艺简单两大优势。

为了同时解决活性层和电极之间的界面势垒和活性层形貌差的两大问题，并实现制备工艺简单和环境友好加工两大优势，本发明通过四亚乙基五胺和1,4-丁烷磺内酯一步简单的取代反应，首次设计合成了以磺酸钠为极性支链的超支化小分子电解质PNSO₃Na，并将其作为电子传输层应用于聚合物太阳能电池。超支化磺酸钠小分子电解质PNSO₃Na可利用其支链磺酸钠极性基团形成界面偶极子，降低活性层和阴极电极之间的界面势垒，提高器件的开路电压，从而提高器件效率，并赋予材料实现水/醇溶性加工，环境友好；另外一方面超支化小分子电解质PNSO₃Na的磺酸钠支链可与ZnO自组装，形成有序的纳米微相分离形貌，从而作为模板进一步诱导上层活性层形成双连续的纳米微相分离形貌，双连续的纳米微相分离形貌有利于激子的分离、载流子的传输，从而提高器件的短路电流和填充因子，最终提高器件的效率。因此，设计以磺酸钠为极性支链的超支化小分子电解质可同时解决活性层和电极之间势垒大和上层活性层形貌差的问题，可提高器件的光电转换效率，还可巧妙地利用其环境友好加工和制备工艺简单等优势，获得高效、环境友好和可实现大面积卷对卷商业化印刷生产的电子传输层。

发明内容