本發(fā)明屬于太陽(yáng)電池領(lǐng)域，具體涉及一種自組裝二元共聚物薄膜材料及基于該材料的太陽(yáng)電池。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料兼具無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料吸收強(qiáng)、遷移率高、載流子壽命長(zhǎng)、可調(diào)控帶隙等優(yōu)異的光電性能，以及有機(jī)物較好的可大面積溶液加工性，在光電轉(zhuǎn)化領(lǐng)域備受關(guān)注。目前，基于碘化鉛的鈣鈦礦太陽(yáng)電池效率已超過(guò)25％。

2、在鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)中，空穴傳輸層材料的選擇與優(yōu)化，對(duì)電池性能的提高起到了非常重要的作用。在反型結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池中，空穴傳輸層材料組要有以pedot:pss為代表的水溶性導(dǎo)電聚合物，以聚噻吩、ptaa、poly-tpd為代表的有機(jī)高分子半導(dǎo)體材料，以niox為代表的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料以及自組裝單分子(sam)層材料。其中，pedot:pss由于具有吸水性，對(duì)活性層鈣鈦礦材料的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性會(huì)有不利的影響；niox等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜由于采用了制程相容的濕法制備方法，無(wú)法避免其中存在缺陷，往往需要進(jìn)一步的表面修飾；ptaa等高分子半導(dǎo)體材料薄膜的疏水性過(guò)于明顯，會(huì)帶來(lái)鈣鈦礦大面積制備中埋底界面接觸不良的問(wèn)題。自組裝單分子(sam)層材料是最近又一成功應(yīng)用于鈣鈦礦電池空穴傳輸層的新型材料。在結(jié)構(gòu)上，sam帶有螯合基團(tuán)，可以化學(xué)錨定到金屬氧化物基底(透明電極或無(wú)機(jī)半導(dǎo)體空穴傳輸材料)上，sam還帶有共軛基團(tuán)構(gòu)成的電荷傳輸基元，以實(shí)現(xiàn)光生空穴的有效提取與傳輸。然而，sam是有機(jī)小分子，成膜性不佳，在實(shí)際使用中難以達(dá)到設(shè)計(jì)該類材料時(shí)所希望的，在基底上形成致密均勻且結(jié)構(gòu)取向一致的單分子層，往往出現(xiàn)聚集和分布不均勻的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致接觸電阻的增加以及鈣鈦礦與透明電極直接而形成傳輸能壘，并導(dǎo)致器件性能的劣化。如果能夠發(fā)明一種既具有sam結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，又兼具聚合物材料良好的成膜性的空穴傳輸材料，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可大面積溶液加工的高穩(wěn)定、高效率光伏器件具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中自組裝單分子層材料成膜性不佳，容易出現(xiàn)聚集和分布不均勻的問(wèn)題，并提供一種自組裝二元共聚物薄膜材料及基于該材料的太陽(yáng)電池。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種自組裝二元共聚物薄膜材料，為由結(jié)構(gòu)單元m和結(jié)構(gòu)單元n構(gòu)成的嵌段聚合物，化學(xué)式為—(mx—n1-x)n—，0.1≤x≤0.9，n≤50；

4、所述結(jié)構(gòu)單元m的結(jié)構(gòu)通式為如下結(jié)構(gòu)中的一種：

5、

6、式中：a為碳原子、氧原子、氮原子、硫原子或硒原子，b為烷基鏈；d為碳原子、氧原子、氮原子、硫原子或硒原子；e為碳原子、氧原子、氮原子、硫原子或硒原子；t為氧原子、氮原子、硫原子、硒原子、烷基或羰基；c為-po3h2、-so3h、-bo3h2、-sio3h或-cooh；r1為甲基、甲氧基、胺基、氫原子或鹵素原子；r2為甲基、甲氧基、胺基、氫原子或鹵素原子；

7、所述結(jié)構(gòu)單元n的結(jié)構(gòu)通式為烷基鏈或者以下結(jié)構(gòu)中的一種：

8、

9、式中：a為碳原子、氧原子、氮原子、硫原子或硒原子，b為烷基鏈。

10、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于自組裝二元共聚物薄膜的太陽(yáng)電池，該太陽(yáng)電池為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，自下而上順次為基底(1)、透明電極層(2)、空穴傳輸層(3)、活性層(4)、電子傳輸層(5)和金屬電極層(6)；其中空穴傳輸層(3)采用如上述第一方面所述的自組裝二元共聚物薄膜材料。

11、作為上述第二方面的優(yōu)選，所述的活性層(4)的材料化學(xué)式為fa1-mmam-ncsnpbi3-xbrx，0≤m≤1，0≤n≤0.3，0≤x≤0.3。

12、作為上述第二方面的優(yōu)選，基底(1)的材料為玻璃或石英。

13、作為上述第二方面的優(yōu)選，透明電極層(2)為氧化銦錫層、氟摻氧化銦錫層、氧化鎳層中的一層或雙層。

14、作為上述第二方面的優(yōu)選，電子傳輸層(5)為c60層、pcbm層、zno層、bcp層、lif層中的一層或多層。

15、作為上述第二方面的優(yōu)選，金屬電極層(6)的材料為銀/鋁混合物、銀、鋁或金。

16、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的有益效果如下：

17、本發(fā)明通過(guò)對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，采用了自組裝二元共聚物為空穴傳輸層材料。自組裝二元共聚物的主鏈結(jié)構(gòu)由共軛結(jié)構(gòu)單元非剛性交替連接，一方面可以具有可調(diào)的能級(jí)結(jié)構(gòu)和良好的空穴傳輸特性，另一方面不同共軛結(jié)構(gòu)單元間非剛性連接避免了剛性連接的溶解性問(wèn)題，有效保證材料具有良好的成膜性，同時(shí)交替的結(jié)構(gòu)特征能夠確保成膜后各功能結(jié)構(gòu)單元在基底上的相對(duì)均勻分布，有利于提高界面層結(jié)構(gòu)的均一性。自組裝二元共聚物薄膜的側(cè)鏈有螯合基團(tuán)，以增強(qiáng)薄膜與基底的相互作用，以達(dá)到輔助主鏈結(jié)構(gòu)單元定向排列的作用。以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)保證了自組裝二元共聚物薄膜既是高質(zhì)量鈣鈦礦活性層生長(zhǎng)所需的優(yōu)質(zhì)的基底材料，也是性能優(yōu)異空穴傳輸材料，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可大面積溶液加工的高穩(wěn)定、高效率太陽(yáng)電池的制備具有十分重要的意義。

技術(shù)特征：

1.一種自組裝二元共聚物薄膜材料，其特征在于，為由結(jié)構(gòu)單元m和結(jié)構(gòu)單元n構(gòu)成的嵌段聚合物，化學(xué)式為—(mx—n1-x)n—，0.1≤x≤0.9，n≤50；

2.一種基于自組裝二元共聚物薄膜的太陽(yáng)電池，其特征在于，太陽(yáng)電池為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，自下而上順次為基底(1)、透明電極層(2)、空穴傳輸層(3)、活性層(4)、電子傳輸層(5)和金屬電極層(6)；其中空穴傳輸層(3)采用如權(quán)利要求1所述的自組裝二元共聚物薄膜材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于自組裝二元共聚物薄膜的太陽(yáng)電池，其特征在于所述的活性層(4)的材料化學(xué)式為fa1-mmam-ncsnpbi3-xbrx，0≤m≤1，0≤n≤0.3，0≤x≤0.3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自組裝二元共聚物薄膜的太陽(yáng)電池，其特征在于所述的基底(1)的材料為玻璃或石英。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自組裝二元共聚物薄膜的太陽(yáng)電池，其特征在于所述的透明電極層(2)為氧化銦錫層、氟摻氧化銦錫層、氧化鎳層中的一層或雙層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自組裝二元共聚物薄膜的太陽(yáng)電池，其特征在于所述的電子傳輸層(5)為c60層、pcbm層、zno層、bcp層、lif層中的一層或多層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自組裝二元共聚物薄膜的太陽(yáng)電池，其特征在于所述的金屬電極層(6)的材料為銀/鋁混合物、銀、鋁或金。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自組裝二元共聚物薄膜材料及基于該材料的太陽(yáng)電池。該太陽(yáng)電池包括基底、透明電極層、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層、金屬電極層；從基底自下到上順次設(shè)有透明電極層、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層、金屬電極層。空穴傳輸層材料是一種自組裝二元共聚物薄膜，由不同功能結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的嵌段聚合物，該聚合物兼具了良好的可溶解性、成膜性與鉚釘基底的能力，可以實(shí)現(xiàn)功能單元在基底上結(jié)構(gòu)有序的均勻組裝，從而為活性層鈣鈦礦的生長(zhǎng)提供優(yōu)質(zhì)的基底，并實(shí)現(xiàn)高效的空穴提取與傳輸，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可大面積溶液加工的高穩(wěn)定、高效率太陽(yáng)電池的制備具有十分重要的意義。

技術(shù)研發(fā)人員：吳剛,陳紅征
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10