一种双聚噻吩材料体系及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种双聚噻吩材料体系及其应用，属于太阳能电池领域，包括任意两种结构不同的聚噻吩材料；本发明专利技术还公开了该双聚噻吩材料体系在光伏电池中的应用。本发明专利技术不仅能够避免材料相容性差异过大以及能级不匹配带来的问题，优化有机光伏活性层材料的薄膜形貌，进而有效提升光伏器件性能和热稳定性；还能简化第三组分的筛选过程，无需复杂的合成过程，仅需将两种低成本聚噻吩材料共混，大大降低生产成本，具备经济且环境友好的优点；另外，本发明专利技术提出的双聚噻吩材料体系可直接作为钙钛矿太阳能电池与量子点太阳能电池的界面层材料，加速电荷的传输与有效收集，大大提升光伏器件性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种双聚噻吩材料体系及其应用


[0001]本专利技术属于太阳能电池材料
，尤其涉及一种双聚噻吩材料体系及其应用。

技术介绍

[0002]太阳能电池是一种能够通过光生伏特效应将光能直接转换为电能的器件，也是目前最具发展前景的太阳能利用技术之一。尽管新型太阳能电池近年来在器件光伏性能和稳定性方面均取得了巨大进展，但与发展良好的硅晶光伏相比，它们的商业应用仍然受到很大的阻力。为了应对挑战，综合考虑到太阳能电池的“金三角”，即太阳能电池的效率、稳定性和成本，研究科研人员将不断致力于开发高性能和稳定的低成本新型光伏太阳能电池。
[0003]聚噻吩是一类化学结构简单、批次性差异小、易加工且低成本(10$/g)的光伏聚合物材料，在有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和量子点太阳能电池等各类溶液加工的光伏器件中具有广泛的应用。此外，相较于其他高效率聚合物材料，聚噻吩可以通过环境友好的缩聚反应一步合成，在商业化应用方面表现出了巨大的竞争力。尽管聚噻吩材料极具商业化应用潜力，其器件性能及稳定性仍略低于高效的推
‑
拉型(D
‑
A型)共轭聚合物材料。因此，如何提供一种商业化潜力高，且性能优异的太阳能电池材料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种双聚噻吩材料体系及其应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种双聚噻吩材料体系，其特征在于，包括两种不同结构的含有取代基的聚噻吩；
[0007]所述取代基包括烷基、酯基、乙烯基、卤素、环烷基、杂烷基、芳烷基、烷氧基、芳基、杂芳基、芳氧基、烯基、烷硅基、芳基硅烷基、胺基、酰基、羰基、羧酸基、氰基、异氰基、硫烷基、磺酰基、亚磺酰基和膦基中的一种或任意几种；
[0008]所述两种含有取代基的聚噻吩的质量比为(1
‑
10):(1
‑
10)。
[0009]优选的，包括P3BT、P3PT、P3HT、P3HpT、P3OT、PDCBT、PDCBT
‑
F、PDCBT
‑
2F、PDCBT
‑
Cl、PDCBT
‑
2Cl、PDCBT
‑
Cl
‑
Si5、PDCBT
‑
Cl
‑
Si10、PDCBT
‑
Cl
‑
Si15、PDCBT
‑
Cl
‑
Si、P6T
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F00、P6T
‑
F50、P6T
‑
F75、P6T
‑
F100、P4T2F
‑
BO/HD、P5TCN
‑
2F、P5TCN
‑
F0、P5TCN
‑
F25、P5TCN
‑
F35、P5TCN
‑
F50、PT
‑
2F、PT
‑
4F、PBSBT
‑
2F、P301、P302、PTST、PBSBT
‑
2F、PTVT
‑
T、PTOBT
‑
Z、PBDD4T、PBDD4T
‑
2F、PBDD
‑
ff4T中的任意两种。
[0010]具体为以下结构：
[0011][0012]优选的，包括PBSBT
‑
2F、P5TCN
‑
2F、P3HT、P3PT与PTVT
‑
T中的任意两种。
[0013]有益效果：本专利技术以一种聚噻吩(P1)以及与其具有相同主链结构、不同侧链的聚噻吩(P2)的共混物应用于光伏器件中，可以优化共混体系的溶液态聚集结构并精细调控共混体系的薄膜固态微结构，进而有利于实现器件性能的提升。相较于单组分材料体系，双聚噻吩体系具有更理想的聚集态结构及电荷传输性能；相较于双组分不同源(非同类型聚合物材料)材料体系，双聚噻吩体系可以精细调控体系的结晶行为、改善薄膜的微观形貌，更加精细地调控共混体系的聚集态结构及电荷传输性能，进而有效提升各类光伏电池的器件效率和稳定性；
[0014]本专利技术中结构相似的P1和P2表现出不同的结晶性质，双聚噻吩的结晶参数随P2含量的增加呈现出单调的变化趋势(如图1所示)，表明结构相似的聚合物给体的引入能够实现对共混体系各项性能的精细调控。通过掠入射X
‑
射线衍射技术表征基于双聚噻吩的有机光伏共混体系的分子堆积结构，具体实验方法如下所述：使用水、丙酮、异丙醇顺序清洗硅片基底，将其置于紫外臭氧清洗机中处理25min，随后将活性层溶液旋涂硅片上(活性层溶液的配置及旋涂过程见有机太阳能电池的制备方法中活性层的制备)。测试时使用10keV的X
‑
射线，以0.15
°
的入射角测定共混薄膜的分子堆积方式，表征结果如图2所示。另外，透射电子显微镜以及原子力显微镜技术表征了基于双聚噻吩体系共混薄膜的微观形貌，结果显示基于双聚噻吩的共混薄膜相较于单聚噻吩的共混薄膜表现出更高的分子缠结，优化了共混薄膜的形貌。
[0015]一种双聚噻吩材料体系在光伏器件中的应用。
[0016]有益效果：本专利技术双聚噻吩材料体系的应用增强了聚合物链间相互作用，抑制了
受体分子的聚集，降低了共混薄膜的相分离程度，其中面对面(Face
‑
on)的堆积取向比例的提高为各类光伏电池的电荷传输提供了有利条件。同时，双聚噻吩材料体系中分子间相互作用和缠结大大增强，抑制了聚合物材料在热应力作用下的运动能力，进而应用于各类光伏器件中时能够表现出良好的光伏性能和优异的热稳定性。
[0017]优选的，所述光伏器件包括有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池。
[0018]有益效果：本专利技术基于双聚噻吩的有机光伏活性层材料具有更有序的分子堆积和合适的相分离形貌，使得基于该双聚噻吩的有机光伏活性层材料的有机太阳能电池的器件性能和稳定性有所提升。另外，基于双聚噻吩的有机界面层材料具有更有序的分子堆积和合适的相分离形貌，使得基于该双聚噻吩的有机界面层的钙钛矿太阳能电池和量子点太阳能电池的器件性能和稳定性有所提升。
[0019]一种有机太阳能电池，包括依次层叠的导电玻璃、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极，所述活性层包括所述双聚噻吩材料体系。
[0020]有益效果：本专利技术基于双聚噻吩的有机光伏活性层材料具有更有序的分子堆积、更有利于电荷传输的面对面分子取向，以及合适的相分离形貌。有机太阳能电池制备按照导电玻璃、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极的顺序制备，所得的基于该双聚噻吩的有机光伏活性层材料的有机太阳能电池具有更高的器件性能和稳定性。
[0021]一种有机太阳能电池的制备方法，结构如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双聚噻吩材料体系，其特征在于，包括两种不同结构的含有取代基的聚噻吩；所述取代基包括烷基、酯基、乙烯基、卤素、环烷基、杂烷基、芳烷基、烷氧基、芳基、杂芳基、芳氧基、烯基、烷硅基、芳基硅烷基、胺基、酰基、羰基、羧酸基、氰基、异氰基、硫烷基、磺酰基、亚磺酰基和膦基中的一种或任意几种；所述两种含有取代基的聚噻吩的质量比为(1
‑
10):(1
‑
10)。2.根据权利要求1所述的双聚噻吩材料体系，其特征在于，包括P3BT、P3PT、P3HT、P3HpT、P3OT、PDCBT、PDCBT
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F、PDCBT
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2F、PDCBT
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Cl、PDCBT
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2Cl、PDCBT
‑
Cl
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Si5、PDCBT
‑
Cl
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Si10、PDCBT
‑
Cl
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Si15、PDCBT
‑
Cl
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Si、P6T
‑
F00、P6T
‑
F50、P6T
‑
F75、P6T
‑
F100、P4T2F
‑
BO/HD、P5TCN
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2F、P5TCN
‑
F0、P5TCN
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【专利技术属性】
技术研发人员：叶龙，高梦圆，吴俊江，齐清春，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：