电极界面层材料、两性离子聚合物和有机光伏元件制造技术

本申请涉及电极界面层材料、两性离子聚合物和有机光伏元件。本发明专利技术提供一种用于制作一电极界面层的电极界面层材料或两性离子聚合物。本发明专利技术利用一改性剂与聚乙烯亚胺反应，将聚乙烯亚胺上的胺基通过与该改性剂反应而转变成铵基，以形成一种两性离子聚乙烯亚胺。而当于该电极界面层的表面形成一含有非富勒烯材料的活化层时，或者该电极界面层的表面与一非富勒烯材料接触时，可以降低电极界面层中的胺基对非富勒烯材料被破坏的可能性。此外，本发明专利技术还提供一种包括所述电极界面层材料或两性离子聚合物的有机光伏元件。性离子聚合物的有机光伏元件。性离子聚合物的有机光伏元件。

【技术实现步骤摘要】
电极界面层材料、两性离子聚合物和有机光伏元件


[0001]本专利技术有关于一种电极界面层材料、其制备方法和其在有机光电元件上的应用，该电极界面层材料应用于有机光伏元件(organic photovoltaics)。

技术介绍

[0002]有机太阳能电池具有质量轻巧、制作工艺简单、制备成本低廉、可携带及可大面积工艺等优点，并可通过元件结构设计来优化有机太阳能电池的光电特性。因此，有机太阳能电池被广泛地研究，其应用性与前瞻性非常广阔。
[0003]有机太阳能电池已经被广泛的发展，其中N型无机氧化物电极界面层材料例如氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)被作为制作电极界面层(例如空穴阻挡层)的界面修饰电极材料，以帮助电荷的传递并且也可使电极的功函数与活化层的能阶达到匹配。然而氧化钛或氧化锌这类氧化物材料需要高温的工艺(大于150℃)，这使得应用可挠曲软性基材制作有机太阳能电池时，因受制于温度的限制而极为不便利。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术提供一种适用于低温工艺的电极界面层材料，该电极界面层材料用于制作一电极界面层。本专利技术利用聚乙烯亚胺(线性聚乙烯亚胺(linear PEI)或分枝状聚乙烯亚胺(branched PEI))的主链及侧链上的胺基的氮上的孤电子对与一改性剂进行反应，以形成一种两性离子(zwitterionic)聚乙烯亚胺的该电极界面层材料，使得该两性离子聚乙烯亚胺的的主链及侧链上的胺基的氮上无孤电子对或只存在少量孤电子对，或者使得该两性离子聚乙烯亚胺的的主链及侧链上的胺基的氮上的孤电子对的数量少于聚乙烯亚胺的主链及侧链上的胺基的氮上的孤电子对的数量。换言之，本专利技术是将聚乙烯亚胺上的胺基，通过与该改性剂反应而转变成铵基。而当于该电极界面层的表面形成一含有非富勒烯材料的活化层(active layer,ATL)时，或者该电极界面层的表面与一非富勒烯材料接触时，由于两性离子聚乙烯亚胺的的主链及侧链上的胺基的氮上已无孤电子对或只存在少量孤电子对，或者由于该两性离子聚乙烯亚胺的的主链及侧链上的胺基的氮上的孤电子对的数量少于聚乙烯亚胺的主链及侧链上的胺基的氮上的孤电子对的数量，因此可以降低对非富勒烯材料被破坏的可能性。再者，由于两性离子聚乙烯亚胺可溶于水和醇类溶剂(例如正丁醇，沸点约117.7℃)，因此可用于低温(例如低于150℃)工艺，并且适合透过涂布(Coating)工艺或大面积工艺而获得具有较佳的平整性与均匀性的薄膜，亦可进一步运用于卷对卷(Roll-to-Roll)工艺，所以可以在低成本下生产具有可塑性及重量轻等优点的有机光伏元件。
[0005]本专利技术提供一种电极界面层材料，其包含一具有两性离子基团的聚乙烯亚胺，而所述两性离子基团具有阳离子基团及阴离子基团；其中，该阳离子基团为选自由仲铵阳离子基、叔铵阳离子基及季铵阳离子基所组成组群中至少其中之一。
[0006]依据前述该电极界面层材料，其中，该两性离子基团的该阴离子基团选自由氧阴
离子基、羧酸根阴离子基、磷酸根阴离子基及磺酸根阴离子基所组成组群中至少其中之一。
[0007]依据前述该电极界面层材料，其中，前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺由聚乙烯亚胺与改性剂进行反应所形成。
[0008]依据前述该电极界面层材料，其中，该改性剂为环氧化合物、酸酐、内酯、磺内酯或磷酸盐，前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺由聚乙烯亚胺与环氧化合物、酸酐、内酯、磺内酯或磷酸盐所反应形成。
[0009]依据前述该电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺由聚乙烯亚胺与具有至少二个交联基团的化合物进行交联反应所形成。
[0010]依据前述该电极界面层材料，其中，该交联基团为环氧基团、酸酐基团或异氰酸酯基团。
[0011]依据前述该电极界面层材料，其中，前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺依序由以下步骤所形成：聚乙烯亚胺与具有至少二个交联基团的化合物进行交联反应；接着，再与改性剂进行反应，该改性剂为内酯、磺内酯或磷酸盐。
[0012]依据前述该电极界面层材料，其中，该两性离子基团的该阴离子基团为氧阴离子基，且该聚乙烯亚胺以环氧化合物(Ethylene Oxide)为交联剂彼此交联，所述环氧化合物为甘油二缩水甘油基醚(Glycerol diglycidyl ether)、双酚A二环氧甘油醚(bisphenol A diglycidyl ether)、1,4-丁二醇二缩水甘油醚(1,4-Butanediol diglycidyl ether)、聚丙二醇二缩水甘油醚(poly(propylene glycol)diglycidyl ether)或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(Trimethylolpropane triglycidyl ether)。
[0013]依据前述该电极界面层材料，其中，该两性离子基团的该阴离子基团为羧酸根阴离子基，且该聚乙烯亚胺以酸酐为交联剂彼此交联，所述酸酐为乙酸酐(Acetic anhydride)或顺丁烯二酸酐(Maleic anhydride)。
[0014]依据前述该电极界面层材料，其中，该两性离子基团的该阴离子基团为磺酸根阴离子基，且该聚乙烯亚胺以磺内酯为交联剂彼此交联，所述磺内酯为1,3-丙烷磺内酯(1,3-Propanesultone)或1,4-丁烷磺内酯(1,4-Butanesultone)。
[0015]依据前述该电极界面层材料，其中，前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的溶剂为醇类。
[0016]依据前述该电极界面层材料，其中，前述具有两性离子基团之聚乙烯亚胺的溶剂为醇与水的混合物。
[0017]依据前述该电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的水溶液以醋酸、硫酸、盐酸、磷酸，过氯酸、碳酸、硝酸、对甲苯磺酸或三氟醋酸调整pH值。
[0018]依据前述该电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的水溶液的pH值为介于5～8之间。
[0019]依据前述该电极界面层材料，其中，该电极界面层材料适用于制作一倒置型有机太阳能电池之一电极界面层；该电极界面层的表面形成一含有非富勒烯材料的活化层，或者该电极界面层的表面与一非富勒烯材料接触。
[0020]本专利技术还提供一种有机光伏元件，其包括所述电极界面层材料。
[0021]依据前述该有机光伏元件，其中，该有机光伏元件至少包括：一第一电极、积层于该第一电极上方的一电极界面层，积层于该电极界面层上方的一活化层，积层于该活化层
上方的一空穴传输层，积层于该空穴传输层上方的一第二电极，该电极界面层包含该电极界面层材料。
[0022]依据前述该有机光伏元件，其中，该有机光伏元件也可以是包括：一第一电极、积层于该第一电极上方的一空穴传输层，积层于该空穴传输层上方的一活化层，积层于该活化层上方的一电极界面层，积层于该电极界面层上方的一第二电极。
[0023]本专利技术还提供一种两性离子聚合物，如式I所示：
[0024][0025]其中，N为氮，N<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极界面层材料，包含一具有两性离子基团的聚乙烯亚胺，所述两性离子基团具有阳离子基团及阴离子基团；其中，该阳离子基团为选自由仲铵阳离子基、叔铵阳离子基及季铵阳离子基所组成组群中至少其中之一。2.如权利要求1所述的电极界面层材料，其中，该两性离子基团的该阴离子基团选自由氧阴离子基、羧酸根阴离子基、磷酸根阴离子基及磺酸根阴离子基所组成组群中至少其中之一。3.如权利要求2所述的电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺由聚乙烯亚胺与改性剂进行反应所形成，该改性剂为环氧化合物、酸酐、内酯、磺内酯或磷酸盐。4.如权利要求2所述的电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺由聚乙烯亚胺与具有至少二个交联基团的化合物进行交联反应所形成。5.如权利要求4所述的电极界面层材料，其中，该交联基团为环氧基团、酸酐基团或异氰酸酯基团。6.如权利要求2所述的电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺依序由以下步骤所形成：聚乙烯亚胺与具有至少二个交联基团的化合物进行交联反应；接着，再与改性剂进行反应，该改性剂为内酯、磺内酯或磷酸盐。7.如权利要求2所述的电极界面层材料，其中，该两性离子基团的该阴离子基团为氧阴离子基，且该聚乙烯亚胺以环氧化合物为交联剂彼此交联，所述环氧化合物为甘油二缩水甘油基醚、双酚A二环氧甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚。8.如权利要求2所述的电极界面层材料，其中，该两性离子基团的该阴离子基团为羧酸根阴离子基，且该聚乙烯亚胺以酸酐为交联剂彼此交联，所述酸酐为乙酸酐或顺丁烯二酸酐。9.如权利要求2所述的电极界面层材料，其中，该两性离子基团的该阴离子基团为磺酸根阴离子基，且该聚乙烯亚胺以磺内酯为交联剂彼此交联，所述磺内酯为1,3-丙烷磺内酯或1,4-丁烷磺内酯。10.如权利要求1所述的电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团聚乙烯亚胺的溶剂为醇类。11.如权利要求1所述的电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的溶剂为醇与水的混合物。12.如权利要求1所述的电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的水溶液以醋酸、硫酸、盐酸、磷酸，过氯酸、碳酸、硝酸、对甲苯磺酸或三氟醋酸调整pH值。13.如权利要求8所述的电极界面层材料，其中，该具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的水溶液的pH值为介于5～8之间。14.如权利要求1所述的电极界面层材料，其中，该电极界面层材料适用于制作一倒置型有机太阳能电池的一电极界面层；该电...

【专利技术属性】
技术研发人员：施宏旻，潘宜呈，张欣凤，柯崇文，
申请(专利权)人：位速科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：