CN108470837A - 一种聚合物太阳能电池阳极修饰层材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚合物太阳能电池阳极修饰层材料及制备方法，所述的制备方法为：2,6‑二溴‑4,4‑双[1‑(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯与4,4‑二硼酸‑2,6‑二氟联苯进行偶联反应，制得本发明聚合物太阳能电池阳极修饰层材料聚{4,4‑双[1‑(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯‑交替‑2,6‑二氟联苯}。本发明制备的阳极修饰层材料用于聚合物太阳能电池阳极修饰，具有厚度不敏感的特点。

Description

一种聚合物太阳能电池阳极修饰层材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物太阳能电池阳极修饰层材料及制备方法，具体属于光伏材料技术领域。
背景技术
聚合物太阳能电池具有无毒、柔性、低重量、低成本的优点，具有广阔的发展前景。聚合物太阳能电池一般由阳极、阳极修饰层材料、活性层、阴极修饰层材料、阴极组成。其中，阳极修饰层材料可以调控阳极的功函数，降低阳极与活性层之间的界面能力，提高聚合物太阳能电池的光电转换效率。
目前聚合物太阳能电池常用的阳极修饰层材料是PEDOT:PSS。但是，PEDOT:PSS呈强酸性，会腐蚀电极，严重影响聚合物太阳能电池的稳定性。
最近有文献和专利报道，使用中性的共轭聚电解质材料作为聚合物太阳能电池阳极修饰层材料，比如CPE-K、PCP-Na、PCPDT-T、CPEPh-Na、PhNa-1T等。共轭聚电解质阳极修饰层材料虽然解决了PEDOT:PSS腐蚀电极难题，但其存在电导率低的显著缺点。共轭聚电解质用于阳极修饰层时，必须加工的特别薄，厚度一般小于10纳米。共轭聚电解质用于阳极修饰层时，厚度超过10纳米，聚合物太阳能电池的光电转换效率会随共轭聚电解质厚度的增加而迅速衰减，存在明显的厚度敏感性，这给电池制作带来了极大困难。
发明内容
针对目前共轭聚电解质阳极修饰层材料电导率低的缺点，本发明提供了一种高电导率的共轭聚电解质聚合物太阳能电池阳极修饰层材料。所述共轭聚电解质阳极修饰层材料的电导率达到9.7×10-3S/cm，对厚度不敏感，可以制作100纳米厚的阳极修饰层。所述的聚合物太阳能电池阳极修饰层材料的结构式如下：
所述的制备方法为：
向反应釜内加入1.0摩尔2,6-二溴-4,4-双[1-(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯、1.5摩尔4,4-二硼酸-2,6-二氟联苯和50.0毫升二甲基亚砜，通过鼓泡的方式，以1.0升/分钟的流速通入氮气1.0小时，并在氮气保护下，再加入0.04~0.05摩尔四三苯基膦钯和20.0毫升1.0摩尔/升的碳酸钾水溶液，以10℃/小时的升温速度，升温至90~100℃，并恒温在90~100℃磁力搅拌反应20.0~24.0小时；停止反应，降至室温，将反应产物倒入200.0毫升丙酮中，机械搅拌1.0小时，抽滤，除去滤液，得到聚合物太阳能电池阳极修饰层材料聚{4,4-双[1-(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯-交替-2,6-二氟联苯}。
本发明的有益效果：
本发明提供的聚合物太阳能电池阳极修饰层材料电导率高，可以制作100纳米厚的阳极修饰层，解决了阳极修饰层厚度敏感难题。
本发明提供的聚合物太阳能电池阳极修饰层材料可以溶解在水或甲醇溶液中，可以通过水或甲醇溶液室温加工。
本发明提供的聚合物太阳能电池阳极修饰层材料可以有效调控阳极功函数，降低阳极与活性层之间的界面能力，从而提高聚合物太阳能电池的光电转换效率。
本发明提供的聚合物太阳能电池阳极修饰层材料呈中性，pH值范围是7.0~8.0，不会腐蚀电极，使聚合物太阳能电池更稳定。
具体实施方式
本发明通过以下实施例说明，但本发明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发明的技术范围内。
实施例1
向反应釜内加入1.0摩尔2,6-二溴-4,4-双[1-(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯、1.5摩尔4,4-二硼酸-2,6-二氟联苯和50.0毫升二甲基亚砜，通过鼓泡的方式，以1.0升/分钟的流速通入氮气1.0小时，并在氮气保护下，再加入0.04摩尔四三苯基膦钯和20.0毫升1.0摩尔/升的碳酸钾水溶液，以10℃/小时的升温速度，升温至90℃，并恒温在90℃磁力搅拌反应20.0小时；停止反应，降至室温，将反应产物倒入200.0毫升丙酮中，机械搅拌1.0小时，抽滤，除去滤液，得到聚合物太阳能电池阳极修饰层材料聚{4,4-双[1-(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯-交替-2,6-二氟联苯}。
实施例2
向反应釜内加入1.0摩尔2,6-二溴-4,4-双[1-(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯、1.5摩尔4,4-二硼酸-2,6-二氟联苯和50.0毫升二甲基亚砜，通过鼓泡的方式，以1.0升/分钟的流速通入氮气1.0小时，并在氮气保护下，再加入0.05摩尔四三苯基膦钯和20.0毫升1.0摩尔/升的碳酸钾水溶液，以10℃/小时的升温速度，升温至100℃，并恒温在100℃磁力搅拌反应24.0小时；停止反应，降至室温，将反应产物倒入200.0毫升丙酮中，机械搅拌1.0小时，抽滤，除去滤液，得到聚合物太阳能电池阳极修饰层材料聚{4,4-双[1-(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯-交替-2,6-二氟联苯}。
通过下面的试验测试本发明阳极修饰层材料用于修饰聚合物太阳能电池阳极后的电池性能。
取1.0质量份实施例1或实施例2获得的阳极修饰层材料，溶于10.0毫升水和甲醇等体积混合的混合溶剂中，并用2 um滤头过滤，除去大颗粒不溶杂质，获得溶液。
用SevenGo™ pH-SG2 pH计测试溶液的pH值。
通过旋涂仪，旋涂阳极修饰层材料溶液到ITO阳极上，旋涂厚度100纳米，然后用AXIS Ultra DLD紫外光电子能谱仪测试修饰后电极的功函数。
通过旋涂仪，旋涂阳极修饰层材料溶液到ITO阳极上，旋涂厚度100纳米，然后用QLDE四探针方阻仪测试100纳米厚阳极修饰层的电导率。
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制备的修饰层材料/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，进一步通过Keithley 2400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Keithley 2400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。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并不用以限制本发明。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并不用以限制本发明。

Claims (1)

1.一种聚合物太阳能电池阳极修饰层材料及制备方法，其特征在于：
所述的聚合物太阳能电池阳极修饰层材料的结构式如下：
所述的制备方法为：
向反应釜内加入1.0摩尔2,6-二溴-4,4-双[1-(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯、1.5摩尔4,4-二硼酸-2,6-二氟联苯和50.0毫升二甲基亚砜，通过鼓泡的方式，以1.0升/分钟的流速通入氮气1.0小时，并在氮气保护下，再加入0.04~0.05摩尔四三苯基膦钯和20.0毫升1.0摩尔/升的碳酸钾水溶液，以10℃/小时的升温速度，升温至90~100℃，并恒温在90~100℃磁力搅拌反应20.0~24.0小时；停止反应，降至室温，将反应产物倒入200.0毫升丙酮中，机械搅拌1.0小时，抽滤，除去滤液，得到聚合物太阳能电池阳极修饰层材料聚{4,4-双[1-(磺酸钾)丁基]二噻吩并环戊二烯-交替-2,6-二氟联苯}。
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