[发明专利]一种水/醇溶型非共轭聚合物界面材料及其有机太阳电池器件与制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机/高分子光伏技术领域，具体涉及一种水/醇溶型非共轭聚合物界面材料及其有机太阳电池器件与制备方法。

背景技术

有机太阳电池作为一类新型的太阳能转化成电能的技术，因其成本低、制作简单、材料结构多变、重量轻、大面积柔性制备等优点，得到了科学界和产业界的广泛关注。在有机/高分子光伏技术领域，本体异质结结构是被广泛接受和使用的一种器件结构。在本体异质结太阳电池器件的活性层中，其包含了有机或者高分子给体材料和受体材料。目前，众多的给体材料和受体材料被科研工作者开发出来。

另外，在有机/高分子太阳电池领域，光伏器件的优化和创新是提高器件性能的一种有效的手段。为了提高器件的稳定性和能量转换效率，大家使用了无机金属化合物或者水/醇溶性的小分子/高分子材料作为光伏器件的阴极界面修饰层。特别是可溶液加工的水/醇溶性小分子/高分子材料的开发和使用，使得有机/高分子太阳电池器件的制备工艺得到了简化，并且大幅提高了器件性能。(Nat.Photonics,2012,6,591.)

但是，这类水/醇溶性小分子/高分子材料必须经过一定的化学合成步骤，有些材料更需要进过复杂的合成过程，这样大幅度提高了有机/高分子太阳电池的材料成本、延长了材料和器件开发周期，从而增加了最终太阳电池的市场价格、影响了太阳电池的大范围市场应用。聚乙烯吡啶以及其衍生物是一类非常便宜的商品化材料，易于大规模制备；并且聚乙烯吡啶以及其衍生物在有机强极性溶剂中或者水中具有优良的溶解能力。

所以，将该类价格低廉的聚乙烯吡啶及其衍生物作为阴极修饰材料应用在有机/高分子太阳电池器件中，可以获得高性能和低制备成本的太阳电池。

发明内容

本发明通过将聚乙烯吡啶或者聚乙烯吡啶的衍生物作为阴极修饰层材料，应用在聚合物太阳电池器件中。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种水/醇溶型非共轭聚合物界面材料，该界面材料为聚乙烯吡啶或聚乙烯吡啶衍生物。

进一步地，所述聚乙烯吡啶或聚乙烯吡啶衍生物的结构式如下：

(1)聚乙烯吡啶

(2)离子化聚乙烯吡啶衍生物

(3)氧化聚乙烯吡啶衍生物

其中，n为重复单元数为10～1000；R为C₁～C₄的直链烷烃；X为Cl^-，Br^-，I^-，CH₃SO₃^-

或者CF₃SO₃^-；Y+Z＝1，0.01≤Z≤1。

以上所述的一种水/醇溶型非共轭聚合物界面材料作为阴极修饰层的有机太阳电池器件，所述有机太阳电池器件结构有两种，其一为由下到上由衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层和阴极层组成，其二为由下到上由衬底、阴极层、金属氧化物、阴极修饰层、活性层、阳极修饰层和阳极层组成。

进一步地，所述阴极修饰层的厚度为0.1～100纳米。

进一步地，所述活性层为具有电子给体材料和电子受体材料的本体异质结结构的薄膜层，厚度为40～1000纳米；其中电子给体材料包括聚乙烯撑类芳香聚合物、聚芴、聚硅芴、聚咔唑、聚噻吩、聚吲哚咔唑、聚茚芴、聚苯并二噻吩的均聚物或者共聚物；其中电子受体材料为富勒烯或者富勒烯衍生物、金属化合物半导体量子点或者纳米线。

进一步地，所述衬底为玻璃或者透明塑料薄膜；所述阳极层为铟参杂的氧化锡薄膜、氟参杂的氧化锡薄膜、铝参杂的氧化锌薄膜、金属银或金薄膜；所述阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸钠(PEDOT：PSS)的混合薄膜、聚三苯胺的均聚物或共聚物、聚咔唑的均聚物或共聚物、氧化钼薄膜、氧化镍薄膜、氧化钒薄膜或者氧化钨薄膜；所述阴极层为铝、银、石墨烯、石墨烯衍生物，或者为碱金属、碱土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物中的一种或一种以上组成的复合膜，或者为由铝或银覆盖的碱金属、碱土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物中的一种或一种以上组成的复合膜；所述金属氧化物为氧化锌、氧化钛或者氧化铝。