[发明专利]一种用于聚合物太阳能电池电子传输层的杂化物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可用于聚合物太阳能电池电子传输层的杂化物及其制备方法，先合成水/醇溶性共轭聚合物，然后制备TiO₂纳米分散液，进一步将水/醇溶性共轭聚合物与TiO₂纳米分散液分散混合，得到共轭聚合物/TiO₂杂化材料，并进一步用于聚合物太阳能电池电子传输层。本发明的有益效果是：提供了侧链含有氨基的水/醇溶性共轭聚合物的合成方法；并且提供了一种用于聚合物太阳能电池电子传输层的共轭聚合物/TiO2杂化材料及其制备方法。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种可用于聚合物太阳能电池电子传输层的杂化物及其制备方法。

背景技术

近年来，人们正在严重的遭受着地球上能源消耗所带来的环境污染以及温室效应。因此，现在人们最重要的目标就是发展清洁、干净、便宜的能源。太阳能就是这些能源中最有前途、可用的和可再生的能源。太阳能电池是一种可以将太阳光转化为电能的光伏器件。无机硅系电池在过去几十年发展的很迅速，它占了大约70％的光伏市场，拥有当前最成熟的技术。然而高成本的原材料和复杂的加工工艺，限制了其大规模的商业发展。因此人们有必要在将来改进这种技术从而降低成本。与无机太阳能电池相比较，聚合物太阳能电池(PSCs)凭借易于制造、操纵、灵活性、重量轻、成本低等潜在优势受到了很大的关注。

聚合物太阳能电池经过了多年的快速发展，虽然光电转化效率得到了很大的提高，但是距离商业化还有很大的距离，主要是电池的性能和稳定性没有得到决定性的改善。为了提高聚合物太阳能电池的稳定性和能量转化效率，大家使用了无机金属化合物或者水/醇溶性的小分子/高分子材料作为聚合物太阳能电池的电子传输层，特别是可溶液加工的水/醇溶性的小分子/高分子材料的开发和使用，使得聚合物太阳能电池的制备工艺得到了简化，并且大幅度提高了器件的性能。

但目前常用的无机金属化合物TiO₂需要高温处理(大于450℃)才能得到高电子迁移率的薄膜，且成膜性较差。而水/醇溶性的小分子/高分子材料，其可加工性良好，但其电子迁移率相对于无机金属化合物TiO₂仍有待提高。

在这里，我们将共轭聚合物与无机半导体材料进行复合，得到共轭聚合物/无机半导体杂化材料，该杂化材料同时结合了共轭聚合物、无机半导体材料以及纳米材料的优越性，既具有共轭聚合物材料良好的柔性和可加工性，又保留了无机半导体材料较高的载流子迁移率和高化学稳定性。将其用作聚合物太阳能电子传输层，优化薄膜间的界面接触，提高电池的光电转换效率。全溶液法的制备方式，为商业化生产提供了基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种用于聚合物太阳能电池电子传输层的杂化物及其制备方法。

本发明通过下面所述技术方案实现：

一种聚合物太阳能电池电子传输层杂化物，其特征在于：由水/醇溶性共轭聚合物与纳米 TiO₂形成的杂化材料。

其中，水/醇溶性共轭聚合物结构式如下：

式中R_a为氢原子，或C₁～C₁₂的饱和烷烃或者不饱和烃基；R_b选自丙酸二甲氨基乙酯基、丙酸二乙氨基乙酯基、甲基丙酸二甲氨基乙酯基或甲基丙酸二乙氨基乙酯基；X值为0.00～0.99。

其中，共轭聚合物与TiO₂质量比为100:1～1:100。

一种共轭聚合物/TiO₂杂化材料薄膜，其制作方法包括以下步骤：

(1)水/醇溶性共轭聚合物的合成：