[发明专利]基于温度依赖性聚集的共轭聚合物的高效有机太阳能电池的顺序加工制造工艺

说明书

本专利提供了一种具有温度依赖性聚集(TDA)性质的给体‑受体共轭聚合物的顺序加工制造方法，用以制备性能更优越的有机半导体。

相关申请的交叉引用：

本申请享有2017年4月25日提交的美国临时申请No.62/602，473的优先权，其全部内容以引用的方式结合于此且用于任何目的。

技术领域：

本发明涉及具有温度依赖性聚集(TDA)性质的给体-受体共轭聚合物在顺序加工制造有机电子器件(OE)中的应用，本文使用的器件制造方法，以及含有作为半导体的此类聚合物的制造程序在有机电子器件，例如有机光伏元件和有机场效应晶体管元件中的用途。

背景技术

近年来，人们对有机半导体(包括共轭聚合物)在各种电子器件中的应用越来越感兴趣。

一个具体感兴趣的领域是有机光伏材料(OPVs)。有机半导体已应用于OPV中，因为有机半导体允许通过诸如旋转涂覆和印刷等溶液处理技术来制造器件。相比于制备无机薄膜的蒸发工艺，溶液处理技术更便宜、可以达到更大的生产规模。

目前最尖端OPV器件的架构是基于在器件的活性介质中应用本体异质结(BHJ)结构。本体异质结结构一般通过在同一溶液中混合电子给体材料和电子受体材料来制备。混合-涂覆(BC)的本体异质结薄膜的构造形态取决于多重因素，包括了：给体/受体的可混合性，其一或两者材料的结晶倾向，两种材料在涂覆液中的相对溶解度，薄膜的干燥动力学以及任何溶剂添加剂的存在等等。由于纳米尺度上的形态依赖于薄膜如何涂覆中的太多细节，所以混合-涂覆本体异质结太阳能电池的性能对活性层的加工动力学极其敏感。从而，对于任何一类新的有机光伏材料来说，涉及到几百种混合-涂覆器件制造的爱迪生式的加工工艺从而获得优化的构形和最好的器件性能的加工条件。为了降低构形的不确定性，一般会采用两种途径：一种是基于具有支配构形形成性质的新材料的设计，另一种是基于新型器件制造技术的发展。

从材料性能设计的角度来看，控制活性层构形最有效的方法之一是使用具有温度依赖性聚集(TDA)行为的共轭聚合物给体。多项研究表明，具有强温度依赖性聚集的聚合物在共混膜形成过程中支配了整体构形。在各种二元BHJ体系中，这种聚合物具有高结晶度、小结构域和高的结构域纯度。因此。利用这种聚合物可以有效地控制BHJ OPVs的构形。

从器件制造的角度来看，虽然大多数聚合物/富勒烯基的OPVs是由溶液中的组分混合涂覆而成，从准正交溶剂中对聚合物层和富勒烯层进行顺序加工(SqP)的可能性依然存在。SqP不仅生产光伏器件的效率与传统混合-涂覆生产BHJ太阳能电池的效率相媲美，其还具有可使其成为大规模制备聚合物基OPVs的优选路线的优势。首先，由于SqP不依赖于纳米尺度结构的动力学控制，因此通过SqP制备的薄膜具有更好的构形重现性，从而使得器件的性能更加一致。其次，由于这两种材料是先后沉积的，这样就可以在加工之前或者加工之后优化或者以其他方式有意改变给体材料(例如，通过化学掺杂)，这样在受体材料上不发生不需要的化学反应。最后，由于能够分别选择给体材料和受体材料的最优溶剂，因此可以避免许多溶解性问题。因此，SqP技术可能为曾经因为溶剂和材料的兼容性问题而无法使用的多种给体和受体材料打开了光伏领域的大门，因此，有必要改进聚合物基OPVs的制备方法。

发明内容

本发明涉及SqP在基于TDA聚合物的OPVs中的应用。包括展示了基于多组TDA聚合物和受体材料诸如，富勒烯衍生物组合的高效OPV器件。

本发明进一步涉及本发明中上下文描述的器件制造过程的使用，特别适用于制备OE器件和刚性或柔性OPV电池及器件。