电极接口层材料、电极接口层涂布液与光伏组件制造技术

本发明专利技术提供一种电极接口层材料、电极接口层涂布液与光伏组件，电极接口层材料系包含一具有两性离子基团之聚乙烯亚胺，系依序由以下步骤所形成：先由聚乙烯亚胺与1,4,5,8

【技术实现步骤摘要】
电极接口层材料、电极接口层涂布液与光伏组件


[0001]本专利技术是有关于一种电极接口层材料、电极接口层涂布液与包含该电极接口层材料的光伏组件，特别是指一种包含共轭基团的两性离子型电极界面层材料、电极接口层涂布液与包含该电极接口层材料的光伏组件。该电极界面层材料除了可应用于有机光伏组件(organic photovoltaics)外，还可以应用于钙钛矿光伏组件(perovskite photovoltaic device)等光电组件上。

技术介绍

[0002]光伏组件例如有机光伏组件或钙钛矿光伏组件，其中有机光伏组件(例如有机太阳能电池)具有制程简单、成本低廉及可大面积制造等优点，可通过组件结构设计来优化有机光伏组件的光电特性。因此，有机光伏组件被广泛地发展，其应用性与前瞻性非常普及。
[0003]举例就采取反式结构组件的有机太阳能电池而言，其中最常用于电子传输层材料的是无机氧化物材料，一般是使用氧化钛或氧化锌这类氧化物材料。然而，此类氧化物材料如氧化锌常有不平整的粗糙面而引起表面缺陷的问题，导致组件载子与能量的损失；另外，氧化锌纳米粒子也会有聚集的现象，因而所造成表面的粗糙现象就成为载子再结合的中心，所以影响了组件的效能。再者，基于本身结构的因素，作为电子传输层材料的无机氧化物与有机材料所构成的光活性层其彼此的兼容性并非很好，因此调控能阶的可行性小。更何况经由过往的研究发现，电子传输层材料的氧化锌会导致光活性层的有机材料的光诱导分解，从而导致太阳能电池性能的快速衰减。再者，基于大量生产的需求，有机太阳能电池的制程应该要适合于滚动条式制程，然而使用氧化钛或氧化锌这类氧化物材料需要高温的制程，这使得应用于软性基材制作有机太阳能电池的滚动条式制程时，因受制于温度的限制而极为不便且遭遇困难。
[0004]为了克服上述问题，采用苝二酰亚胺衍生物(Perylene diimide Derivatives，PDIs)作为电子传输层遂成为有机太阳能电池业界的热门研究对象，苝二酰亚胺衍生物是属于稠环芳烃分子，对于紫外光
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可见光与红外光有很强的吸收，且其分子结构为共轭平面结构，拥有强的π
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π相互作用力与高的电子亲和力，因而具有优异的电子传导能力。然而，由于苝二酰亚胺衍生物特殊的共轭平面结构，使得苝二酰亚胺衍生物这样的小分子具有很强的结晶性与聚集性，因而造成溶解度较差且成膜性不佳，于制作电子传输层时常引发其膜面产生孔洞而造成电荷的缺陷，影响有机太阳能电池的性能，导致这类材料的应用受到了一些的限制。
[0005]相较地，采用聚合物则比较容易形成均匀的薄膜，因此例如在ACS Appl.Mater.Interfaces 2022,14,1280
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1289，Yiman Dong等人发表的“Revival of Insulating Polyethylenimine by Creatively Carbonizing with Perylene into Highly Crystallized Carbon Dots as the Cathode Interlayer for High
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Performance Organic Solar Cells”(下称文献一)，其利用3,4,9,10
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苝四甲酸二酐(3,4,9,10
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perylenetetracarboxylic dianhydride，PTCDA)与聚乙烯亚胺聚合物
(Polyethylenimine，PEI)进行反应以形成含有苝二酰亚胺衍生物基团的聚合物并进一步形成碳点(carbon dots)，以企图改善上述仅采用苝二酰亚胺衍生物所造成的问题。
[0006]然而，文献一无法克服的另一个问题是有机光伏组件的稳定性问题。有机光伏组件的稳定性大致上可以分为储存稳定性与照光稳定性两种，所谓储存稳定性是将有机光伏组件放置于不照光及不受热的仓库中一段时间后测试其能量转换效率(energy conversion efficiency，PCE)的变化，例如文献一是观察储存4000小时的变化。至于模拟较为实际且严苛的将有机光伏组件实际运用于日光下的照光稳定性问题，文献一则避而不谈。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术的第一目的，即在提供一种电极接口层材料，该电极界面层材料为两性离子型电极界面层材料。该两性离子型电极接口层材料具有小分子结构的优点又具备聚合物优良的成膜性，且具有可溶液加工的特点，因此可以运用在光伏组件例如有机光伏组件或钙钛矿光伏组件，尤其是可挠曲有机光伏组件。并且，通过小分子结构中共轭基团所形成的平面结构来增加电子的传导性以提升电子传递的能力，进而改善组件的效能，而能够提高光伏组件的能量转换效率。另外，该两性离子型电极接口层材料作为光伏组件的电子传输层，其也可以改善厚度敏感的问题以及其与光活性层之间的型态差而改善了电子传输层与光活性层之间接口接触的问题，并因而提高了电子传输层与光活性层之间的接口稳定性。其中，前述小分子结构的来源是酸二酐，前述聚合物聚的来源是乙烯亚胺。
[0008]于是，本专利技术之电极接口层材料，系包含一具有两性离子基团之聚乙烯亚胺，前述之两性离子基团系具有阳离子基团及阴离子基团，其中该阳离子基团系为选自由二级铵阳离子基、三级铵阳离子基及四级铵阳离子基所组成组群中至少其中之一，其特征在于，该具有两性离子基团之聚乙烯亚胺系依序由以下步骤所形成：先由聚乙烯亚胺与1,4,5,8
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萘四甲酸二酐(1,4,5,8
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Naphthalenetetracarboxylic dianhydride，NTCDA)或3,4,9,10
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苝四甲酸二酐(3,4,9,10
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Perylenetetracarboxylic dianhydride，PTCDA)进行交联反应形成聚合物前驱物；接着，该聚合物前驱物的聚乙烯亚胺基团再与环氧乙烷(Ethylene Oxide)进行交联反应及/或与磺内酯(sultone)进行反应而形成该具有两性离子基团之聚乙烯亚胺。
[0009]依据前述该电极接口层材料，其中，该两性离子基团之该阴离子基团系为氧阴离子基及/或磺酸根阴离子基。
[0010]依据前述该电极接口层材料，其中，该1,4,5,8
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萘四甲酸二酐及/或3,4,9,10
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苝四甲酸二酐为交联剂，并与该聚乙烯亚胺进行交联反应，该聚乙烯亚胺系以该交联剂彼此交联。
[0011]依据前述该电极接口层材料，其中，该1,4,5,8
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萘四甲酸二酐或该3,4,9,10
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苝四甲酸二酐的酸二酐基团与该聚乙烯亚胺的一级胺基团反应而形成二酰亚胺基团，该聚合物前驱物及该具有两性离子基团之聚乙烯亚胺含有该二酰亚胺基团。
[0012]依据前述该电极接口层材料，其中，该环氧乙烷为交联剂并与该聚乙烯亚胺基团进行交联反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极接口层材料，是包含一具有两性离子基团之聚乙烯亚胺，该两性离子基团系具有阳离子基团及阴离子基团，其中该阳离子基团系为选自由二级铵阳离子基、三级铵阳离子基及四级铵阳离子基所组成组群中至少其中之一，其特征在于，该具有两性离子基团之聚乙烯亚胺系依序由以下步骤所形成：先由聚乙烯亚胺与1,4,5,8
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萘四甲酸二酐(1,4,5,8
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Naphthalenetetracarboxylic dianhydride，NTCDA)或3,4,9,10
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苝四甲酸二酐(3,4,9,10
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Perylenetetracarboxylic dianhydride，PTCDA)进行交联反应形成聚合物前驱物；接着，该聚合物前驱物的聚乙烯亚胺基团再与环氧乙烷(Ethylene Oxide)进行交联反应及/或与磺内酯(sultone)进行反应而形成该具有两性离子基团之聚乙烯亚胺。2.如权利要求1所述的电极接口层材料，其中，该两性离子基团之该阴离子基团系为氧阴离子基及/或磺酸根阴离子基。3.如权利要求1所述的电极接口层材料，其中，该1,4,5,8
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萘四甲酸二酐及/或3,4,9,10
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苝四甲酸二酐为交联剂，并与该聚乙烯亚胺进行交联反应，该聚乙烯亚胺系以该交联剂彼此交联。4.如权利要求1所述的电极接口层材料，其中，该1,4,5,8
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萘四甲酸二酐或该3,4,9,10
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苝四甲酸二酐的酸二酐基团与该聚乙烯亚胺的一级胺基团反应而形成二酰亚胺基团，该聚合物前驱物及该具有两性离子基团之聚乙烯亚胺含有该二酰亚胺基团。5.如权利要求1所述的电极接口层材料，其中，该环氧乙烷为交联剂并与该聚乙烯亚胺基团进行交联反应，该聚乙烯亚胺基团系以该交联剂彼此交联，且该磺内酯为改质剂。6.如权利要求1所述的电极接口层材料，其中，该磺内酯为1,3
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丙烷磺内酯或1,4
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丁烷磺内酯。7.如权利要求1所述的电极接口层材料，其中，该环氧乙烷具有至少二个交联基团，该环...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘宜呈，施宏旻，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：