本发明专利技术涉及一种太阳能电池用空穴传输层聚合物材料及制备方法，所述的制备方法为：通过2,7‑二溴‑9H‑咔唑与1,4‑丁磺酸内酯加成反应，得到中间产物9‑[1‑(磺酸钠)丁基]‑2,7‑二溴咔唑；通过9‑[1‑(磺酸钠)丁基]‑2,7‑二溴咔唑与2,5‑二硼酸噻吩偶联反应，得到本发明专利技术空穴传输层材料聚{9‑[1‑(磺酸钠)丁基]‑2,7‑咔唑‑交替‑噻吩}。本发明专利技术制备的空穴传输层聚合物材料用于太阳能电池，具有厚度不敏感、中性、水醇溶液加工、光电转换效率高的特点。
Hollow transport layer polymer material for solar cell and preparation method thereof
The present invention relates to a polymer material for hole transport layer used in solar cells and a preparation method thereof. The preparation method is as follows: the intermediate product 9 [1 [(sodium sulfonate) butyl] 2,7 dibromocarbazole is obtained by the addition reaction of 2,7 dibromo8209H_carbazole with 1,4 -butyrolactone, and 9 [1 (sodium sulfonate) butyl], 7 dibromocarbazole is obtained. Bromocarbazole is coupled with 2,5_thiophene diborate to obtain poly {9[1(sodium sulfonate) butyl]2,7_carbazole_alternating thiophene} as the hole transport layer material of the present invention. The hole transfer layer polymer material prepared by the invention is used for solar cells, and has the characteristics of insensitive thickness, neutral, water-alcohol solution processing and high photoelectric conversion efficiency.
【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池用空穴传输层聚合物材料及制备方法
本专利技术涉及一种太阳能电池用空穴传输层聚合物材料及制备方法，具体属于光电材料
技术介绍
聚合物太阳能电池是新一代光伏发电器件，具有质量轻、柔性、成本低，可卷对卷生产等优点，可广泛应用于便携电子产品、可穿戴设备和智能窗口等领域。空穴传输层材料是聚合物太阳能电池的重要组成部分。空穴传输层材料可以调控电极与活性层之间的能级匹配、可以调节内建电场、可以增强电荷收集、可以改变活性层形貌、可以提高活性层与电极的界面稳定性、可以阻止活性层与电极之间发生反应等功能特性。随着高性能空穴传输层材料的不断推出，目前聚合物太阳能电池的光电转换效率已经突破13%，为产业化应用奠定了坚实的基础。目前聚合物太阳能电池常用的空穴传输层材料是聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT∶PSS）。但PEDOT∶PSS呈强酸性，会腐蚀电极，不利于聚合物太阳能电池的长期稳定使用。另外，PEDOT∶PSS具有空穴传输各向异性的缺点，限制了空穴的传输与收集，不利于聚合物太阳能电池光电转换效率的提高。目前有文献和专利报道使用共轭聚电解质材料作为聚合物太阳能电池的空穴传输层材料，比如PCP-Na、PFS、CPE-K、CPEPh-Na、PhNa-1T等。但是，上述共轭聚电解质具有低空穴迁移率的缺点，用于聚合物太阳能电池空穴传输层时，必须加工的特别薄，厚度一般低于10纳米，才能保证电池具有高的光电转换效率，加工工艺非常苛刻。
技术实现思路
针对目前常用的PEDOT:PSS空穴传输层材料强酸性的缺点，以及共轭聚电解质类空穴传输材料低空穴迁移率的缺点，本专利技术旨在提供一种中性、高空穴迁移率、可水醇溶液加工、高光电转化效率的新型空穴传输层材料。本专利技术一种太阳能电池用空穴传输层聚合物材料及制备方法，所述的聚合物材料结构式为：所述的制备方法：步骤1：向反应釜内加入1.0摩尔2,7-二溴-9H-咔唑、0.05摩尔四丁基溴化胺和30.0毫升四氢呋喃，室温磁力搅拌0.5小时，再加入10.0毫升2.0摩尔/升的氢氧化钠水溶液和2.0摩尔1,4-丁磺酸内酯，在25℃磁力搅拌3.0~5.0小时；将反应产物倒入100.0毫升丙酮中，机械搅拌0.5小时，抽滤，得到中间产物9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-二溴咔唑。步骤2：向反应釜内加入1.0摩尔的9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-二溴咔唑、1.5摩尔2,5-二硼酸噻吩和50.0毫升二甲基亚砜，室温磁力搅拌0.5小时；再以鼓泡的方式，以1.0升/分钟的流速通入氮气1.0小时，然后加入0.04~0.05摩尔四三苯基膦钯和10.0毫升2.0摩尔/升的碳酸钠水溶液，以10℃/分钟的升温速度，升温至90~100℃，恒温在90~100℃磁力搅拌反应24.0~36.0小时；反应结束后降至室温，将反应产物倒入100.0毫升丙酮中，机械搅拌0.5小时，抽滤，得到太阳能电池用空穴传输层聚合物材料聚{9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-咔唑-交替-噻吩}。本专利技术的有益效果：本专利技术空穴传输层聚合物材料具有高空穴迁移率，用于太阳能电池空穴传输层，可以实现100纳米厚度加工，降低了空穴传输层加工工艺苛刻难题。本专利技术空穴传输层聚合物材料用于太阳能电池，具有中性、水醇溶液加工、光电转换效率高的特点。提供太阳能电池用空穴传输层聚合物材料呈中性，不会腐蚀电极，可以有效提高聚合物太阳能电池的稳定性。本专利技术空穴传输层材料可以室温溶解于水或甲醇，或溶解于任意比例的水/甲醇混合溶液，可以室温水醇溶液加工。具体实施方式本专利技术通过以下实施例说明，但本专利技术并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施都包含在本专利技术的技术范围内。实施例1向反应釜内加入1.0摩尔2,7-二溴-9H-咔唑和0.05摩尔份四丁基溴化胺和30.0毫升四氢呋喃，室温磁力搅拌0.5小时，再加入10.0毫升2.0摩尔/升的氢氧化钠水溶液和2.0摩尔1,4-丁磺酸内酯，在25℃磁力搅拌5.0小时；将反应产物倒入100.0毫升丙酮中，机械搅拌0.5小时，抽滤，得到中间产物9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-二溴咔唑。向反应釜内加入1.0摩尔的9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-二溴咔唑、1.5摩尔2,5-二硼酸噻吩和50.0毫升二甲基亚砜，室温磁力搅拌0.5小时；再以鼓泡的方式，以1.0升/分钟的流速通入氮气1.0小时，然后加入0.04摩尔四三苯基膦钯和10.0毫升2.0摩尔/升的碳酸钠水溶液，以10℃/分钟的升温速度，升温至90~100℃，恒温在90~100℃磁力搅拌反应24.0小时；反应结束后降至室温，将反应产物倒入100.0毫升丙酮中，机械搅拌0.5小时，抽滤，得的太阳能电池用空穴传输层聚合物材料聚{9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-咔唑-交替-噻吩}。实施例2向反应釜内加入1.0摩尔2,7-二溴-9H-咔唑和0.05摩尔份四丁基溴化胺和30.0毫升四氢呋喃，室温磁力搅拌0.5小时，再加入10.0毫升2.0摩尔/升的氢氧化钠水溶液和2.0摩尔1,4-丁磺酸内酯，在25℃磁力搅拌5.0小时；将反应产物倒入100.0毫升丙酮中，机械搅拌0.5小时，抽滤，得到中间产物9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-二溴咔唑。向反应釜内加入1.0摩尔的9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-二溴咔唑、1.5摩尔2,5-二硼酸噻吩和50.0毫升二甲基亚砜，室温磁力搅拌0.5小时；再以鼓泡的方式，以1.0升/分钟的流速通入氮气1.0小时，然后加入0.05摩尔四三苯基膦钯和10.0毫升2.0摩尔/升的碳酸钠水溶液，以10℃/分钟的升温速度，升温至90~100℃，恒温在90~100℃磁力搅拌反应36.0小时；反应结束后降至室温，将反应产物倒入100.0毫升丙酮中，机械搅拌0.5小时，抽滤，得的太阳能电池用空穴传输层聚合物材料聚{9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-咔唑-交替-噻吩}。取0.5质量份实施例1或实施例2获得的空穴传输层聚合物材料，溶于1.0毫升水和甲醇等体积混合的混合溶剂中，并用2um滤头过滤，除去大颗粒不溶杂质，获得空穴传输层聚合物材料溶液。用SevenGo™pH-SG2pH计测试空穴传输材料溶液的pH值。采用空间电荷限制电流法，通过“ITO/实施例1或实施例2制备的空穴传输材料/Au”结构，测试实施例1或实施例2制备的空穴传输材料的空穴迁移率。使用目前常用的PTB7-Th:PC71BM活性层体系，通过旋涂仪，制备“ITO/实施例1或实施例2制备的空穴传输材料/PTB7-Th:PC71BM活性层/PFN电子传输材料/Al”结构的聚合物太阳能电池，特别地，空穴传输层的厚度是100纳米，进一步通过Keithley2400系统，测试电池的光电转换效率。光电转换效率通过平行测定20个电池，取平均值，减小误差。电池光电转换效率见表1。将获得的聚合物太阳能电池放置在氮气手套箱内，通过Keithley2400系统，定时间测试电池的光电效率转换，记录光电转换效率下降5%所需的时间，获得电池稳定性。稳定性平行测定20个电池，取平均值，减小误差。电池稳定性见表1。空穴迁移率简写为μh，单位为cm2·V-1·s-1；开路电压简写为Voc，单位为V；短路本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太阳能电池用空穴传输层聚合物材料及制备方法，其特征在于：所述的聚合物材料结构式为：
【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池用空穴传输层聚合物材料及制备方法，其特征在于：所述的聚合物材料结构式为：所述的制备方法：步骤1：向反应釜内加入1.0摩尔2,7-二溴-9H-咔唑、0.05摩尔四丁基溴化胺和30.0毫升四氢呋喃，室温磁力搅拌0.5小时，再加入10.0毫升2.0摩尔/升的氢氧化钠水溶液和2.0摩尔1,4-丁磺酸内酯，在25℃磁力搅拌3.0~5.0小时；将反应产物倒入100.0毫升丙酮中，机械搅拌0.5小时，抽滤，得到中间产物9-[1-(磺酸钠)丁基]-2,7-二溴咔唑；步骤2：向反应釜内加入1.0摩尔的9-[1-(磺酸钠)丁...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐海涛，符祥，张意晨，梁红波，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36
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