本发明专利技术公开了可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料、制备方法及其应用，通过调节含烯烃键的单体的组成制备不同烯烃键含量的三元无规聚合物和高温热处理时间，同时还公开了如何在保持高的光电转化效率的同时得到具有交联结构的活性层材料，期望获得高光电转换效率的热稳定性优秀的全聚物太阳能器件，实现在有机太阳能电池领域中的应用，另外，本发明专利技术工艺简单，所得材料应用于光伏材料活性层上和一般的聚合物给体/受体光伏材料活性层相比，表现出了更好的耐高温的热稳定性，因此，应用于全聚物太阳能电池领域可以明显提高器件的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料、制备方法及其应用
本专利技术属于光电材料领域，尤其是一种有机太阳能光电材料，更具体的是一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料、制备方法及其应用。
技术介绍
由p-型共轭聚合物给体材料和n-型聚合物受体材料共混作为光敏活性层制成的全聚合物太阳能电池(All-PSCs)，因成膜性好、稳定性好等优点而得到广泛研究。目前All-PSCs的光电转换效率在短短几年已超过了富勒烯体系电池，说明它的巨大潜力。但是，全聚物太阳能电池的使用寿命和无机光伏电池相比仍有一定的差距，而要想实现应用，进一步提高全聚物太阳能器件的热稳定性是必要的。尽管全聚物的电池的光热稳定性比富勒烯和小分子受体电池相比有了很大的提高，但是报道的器件的效率在高温下较短时间内仍然会衰减，主要的原因在于聚合物给体/受体活性层采用物理方法得到，两个大分子物质一旦混在一起它们的熵基值就会明显降低，聚合物链的无序度增加导致给受体之间无法形成理想的相分离尺寸(激子扩散长度10nm)从而阻碍了电荷的分离和传输。全聚物太阳能电池的光敏活性层中给受体均为大分子，如果将这两类大分子在原有形成的互穿网络结构中以共价键的方式相连则可以使活性层形貌固定从而提高活性层的稳定性(光，热)，而交联则是将两种大分子相连的一类简单而有效的办法。交联即在聚合物侧链的端基引入可交联基团，如：溴基，烯键，叠氮基，在紫外光照射或者加热条件下端基的交联基团产生自由基，通过自由基偶合机理从而使大分子之间产生共价键从而连接在一起得到不熔不溶的交联聚合物。在该
技术介绍
下，本专利专利技术人通过三元共聚的方法将交联基团(烯烃双键)引入目前报道的高效率的基于萘二酰亚胺(NDI)的聚合物受体的侧链中，基于NDI的聚合物受体目前光电转换效率可以达到10.1％，同时使用已报道的侧链含双键的聚合物作为给体，将它们组合作为活性层，侧链含双键的聚合物给受体在高温下双键断裂产生自由基，通过自由基偶合终止得到交联的纳米尺寸分离的给受体互穿网络结构的活性层，基于这类交联的活性层组装的全聚物器件由于活性层形貌的交联键的固定从而有效地提高器件的稳定性。
技术实现思路
基于现有技术的情况，本专利技术的目的在于提供一种既有高光电转化效率又有交联性能的n-型聚合物受体材料的可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料、制备方法及其应用。为了实现上述的技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料，其为聚合物且具有如结构式1所示的结构通式：其中x的范围为0.90-0.99之间任意值，R1,R2,R3选自C4-C12的烷基，D为给电子单元，n代表聚合物的重复单元数，其值为10-1000之间的自然数。进一步，结构式中的D为噻吩单元，硒吩单元，联噻吩单元或联硒吩单元。进一步，所述聚合物的数均分子量为10000-200000。一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料的制备方法，其为单体A、单体B和单体C混合后，再依序加入催化剂和溶剂，并在氮气氛围中回流处理24-48h，然后将其冷却(冷却前可以加入封端剂进行反应6-12h)后，加入甲醇进行沉析获得沉淀物，再将沉淀物分别用甲醇、丙酮和正己烷洗涤处理，然后再加入氯仿进行溶解和收集氯仿相，再加入甲醇进行沉降处理，然后经抽滤干燥处理后，即可制得结构式1所示的可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料；其中，所述的单体A具有如结构式2所示的结构通式：所述的单体B具有如结构式3所示的结构通式：所述的单体C为：2,5-二(三甲基锡)噻吩、2,5-二(三甲基锡)硒吩、5,5/-二(三甲基锡)-2,2/-联噻吩或5,5/-二(三甲基锡)-2,2/-联硒吩。进一步，所述的溶剂为甲苯，氯苯，二氯苯，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺。进一步，所述单体A、单体B和单体C的共轭单元的A:B:C的摩尔比为1:0.90-0.99:0.01-0.10。进一步优选的,所述聚合物的数均分子量为10000-50000之间的分子量，应理解改变分子量可以优化聚合物的交联性能及光电性能。如：较低的分子量可以保证在聚合过程不容易交联，较高的分子量可以保证良好的成膜性，本专利技术制备的聚合物的分子量分布指数可为1.5-3.5.一种全聚物太阳能电池的光伏材料活性层组合物，其由上述的可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料和聚合物给体C-PBDTTTPD-0.10按1:1.5的比例组成，所述聚合物给体为含双键的基于苯并二噻吩和噻吩并吡咯二酮的聚合物给体，其具有如结构式4所示的结构通式：所述的光伏材料活性层组合物经150°的高温下热处理1.5h后形成交联的给受体互穿网络结构。进一步，所述聚合物给体的数均分子量Mn＝11kg/mol，PDI＝1.81。一种光伏器件，包括空穴收集层、电子收集层和设于空穴收集层与电子收集层之间的光伏材料活性层，所述的光伏材料活性层包括上述的可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料且其经过150℃热处理1.5h。实验证明，本专利技术提供的可交联的基于NDI(萘二酰亚胺)的聚合物受体和本专利技术选用的聚合物给体组合后，采用高温150°热处理的交联工艺可以实现给受体大分子之间共价键相连的交联，组装的全聚物太阳能器件的热稳定性可以得到明显的提高。采用上述的技术方案，本专利技术通过三元共聚的办法将可交联的烯烃键引入到基于NDI的聚合物受体材料的侧链中，交联含量调控在20％以下，因此可以保持原有基于NDI聚合物受体的高的光电转换效率，同时由于可交联基团(烯烃双键)的引入使得聚合物受体具有交联性能，和可交联的聚合物给体组合后可以采用热处理的工艺得到具有给受体共价键相连的交联互穿网络结构的活性层并应用于全聚物太阳能器件，提高相应器件的热稳定性。附图说明下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的阐述：图1为本专利技术实施例1和2聚合物C-PNDI-T-x的化学反应流程图；其中，溶剂为甲苯：N,N-二甲基甲酰胺(5:1)；图2为聚合物c-PNDI-0.05经过热处理和未经过热处理的在经沸腾氯仿浸泡后的紫外-可见光吸收光谱(测定交联性能)；图3为本专利技术实施例3和4聚合物C-PNDI-Se-x的化学反应流程图；其中，溶剂为甲苯：N,N-二甲基甲酰胺(5:1)；图4为本专利技术实施例5聚合物C-PNDI-2T-x的化学反应流程图；其中，溶剂为甲苯：N,N-二甲基甲酰胺(10:1)；图5为选用的聚合物给体c-PBDTTTPD-0.10的结构式；图6为本专利技术的可交联的聚合物受体c-PNDI-0.05和给体c-PBDTTTPD-0.10组合物组装的器件在150°高温下的热稳定性，作为对比，选用一组不含交联键的聚合物组合物组装器件测试同等条件下的热稳定性。具体实施方式在描述本专利技术的实施方案时，为了清楚起见，使用了特定的术语。本专利技术的实践可采用本领域技术内的聚合物化学的常规技术。所有溶剂均经过除水处理，并且反应都在氮气惰性气氛下进行的，除非另外指出，否则所有溶剂都是商业获得的。实施例1聚合物C-PNDI-T-0.05的合成本实施例的化学反应流程图如图1所示，具体反应步骤和反应条件如下：在氮气保护下，将0.01045mmol单本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料，其特征在于：其为聚合物且具有如结构式1所示的结构通式：
【技术特征摘要】
1.一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料，其特征在于：其为聚合物且具有如结构式1所示的结构通式：其中x的范围为0.90-0.99之间任意值，R1,R2,R3选自C4-C12的烷基，D为给电子单元，n代表聚合物的重复单元数，其值为10-1000之间的自然数。2.根据权利要求1所述的一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料，其特征在于：结构式中的D为噻吩单元，硒吩单元，联噻吩单元或联硒吩单元。3.根据权利要求1所述的一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料，其特征在于：所述聚合物的数均分子量为10000-200000。4.根据权利要求1所述的一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料的制备方法，其特征在于：其为单体A、单体B和单体C混合后，再依序加入催化剂和溶剂，并在氮气氛围中回流处理24-48h，然后将其冷却后，加入甲醇进行沉析获得沉淀物，再将沉淀物分别用甲醇、丙酮和正己烷洗涤处理，然后再加入氯仿进行溶解和收集氯仿相，再加入甲醇进行沉降处理，然后经抽滤干燥处理后，即可制得结构式1所示的可交联的基于萘二酰亚胺的全聚物太阳能电池受体材料；其中，所述的单体A具有如结构式2所示的结构通式：所述的单体B具有如结构式3所示的结构通式：所述的单体C为：2,5-二(三甲基锡)噻吩、2,5-二(三甲基锡)硒吩、5,5/-二(三甲基锡)-2,2/-联噻吩或5,5/-二(三甲基锡)-2,2/-联硒吩。5.根据权利要求4所述的一种可交联的基于萘二酰亚胺的全聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文，凌启淡，崔建玉，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35
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