[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

摘要

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。

主权项

一种侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物，其特征在于：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＝1－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；3,6‑取代芴；2,7‑取代硅芴；3,6‑取代硅芴；3,6‑取代咔唑；3,9‑取代吲哚咔唑；2,8‑取代吲哚咔唑；3,9‑取代吲哚芴；2,8‑取代吲哚芴；1,4‑取代苯；1,4‑取代苯2,2’‑取代螺芴；2,2’‑取代螺芴；2,2’‑取代螺芴；2,2’‑取代螺芴；3,3’‑取代螺芴；3,3’‑取代螺芴；3,3’‑取代螺芴；3,3’‑取代螺芴；3,8‑取代三苯胺；其中，R₁、R₂、R₃和R₄为侧链含有磺酸或者磺酸盐的直链、支链或环状链；或者R₁，R₂，R₃和R₄链中的一个或多个碳原子被氧原子、硫原子、羟基、芳基、酯基或羰基取代，一个或多个氢原子被氟原子取代；结构单元B为如下共轭结构单元之一：2,7‑取代芴；3,6‑取代芴；2,7‑取代硅芴；3,6‑取代硅芴；3,6‑取代咔唑；3,9‑取代吲哚咔唑；2,8‑取代吲哚咔唑；3,9‑取代吲哚芴；2,8‑取代吲哚芴；1,4‑取代苯；1,4‑取代苯2,2’‑取代螺芴；2,2’‑取代螺芴；2,2’‑取代螺芴；2,2’‑取代螺芴；3,3’‑取代螺芴；3,3’‑取代螺芴；3,3’‑取代螺芴；3,3’‑取代螺芴；3,8‑取代三苯胺；其中，R₅、R₆、R₇和R₈为碳原子数为1～20的直链、支链或环状烷基链；R₅、R₆、R₇和R₈链中的一个或多个碳原子被氧原子、硫原子、羟基、芳基、酯基、羰基取代，一个或多个氢原子被氟原子取代；上述侧链含有磺酸或者磺酸盐的共轭聚合物的制备方法，包括以下操作步骤：(1)将含有二溴基团的反应物与有机溶剂混合，在惰性气体保护下，加入碱，再加入1,3‑丙烷磺酸内酯和1,4‑丁烷磺酸内酯中的一种，在室温或回流温度下反应3～24小时，制备侧链含有磺酸盐的含有二溴基团的单体；所述有机溶剂为二甲基亚砜、N,N‑二甲基甲酰胺和乙醇中的一种；所述含有二溴基团的反应物在有机溶剂中的摩尔浓度介于0.1～1摩尔每升之间；所述碱相对于含有二溴基团的反应物的摩尔当量介于4～80之间；所述1,3‑丙烷磺酸内酯或1,4‑丁烷磺酸内酯相对于含有二溴基团的反应物的摩尔当量介于4～12之间；所述含有二溴基团的反应物为含有二溴基团的芴、含有二溴基团的硅芴、含有二溴基团的咔唑、含有二溴基团的吲哚咔唑、含有二溴基团的吲哚芴、含有二溴基团的螺芴、含有二溴基团的三苯胺和含有二溴基团的苯中的一种；所述碱为质量分数为50％的氢氧化钠水溶液、质量分数为50％的氢氧化钾水溶液、氢化钠和甲醇钠中的一种；(2)将步骤(1)所得侧链含磺酸盐的含有二溴基团的单体、具有所述结构单元B的含有二溴基团的单体、具有所述结构单元B的含有双片呐醇硼酸酯基团的单体混合，得到混合物料；以醋酸钯为催化剂，以无机碱为碱源，以四氢呋喃、去离子水和N,N‑二甲基甲酰胺为混合溶剂，在65～100摄氏度和惰性气体保护下反应12～48小时，制备侧链含磺酸盐的水/醇溶性聚合物；所述侧链含磺酸盐的含有二溴基团的单体的摩尔含量占混合物料的1～50％，所述具有所述结构单元B的含有二溴基团的单体的摩尔含量占混合物料的