[发明专利]一种用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料。本发明提供的聚合物以萘二酰亚胺(NDI)和苯并噻二吩(BDT)为骨架结构，二者之间通过噻吩桥接。其中，NDI和BDT均为富电子基团。更进一步地，在NDI单元上引入烷基基团、BDT单元上引入烷氧基、烷硫基或烷硒基等给电子基团。一方面引入的基团具备较强的供电子能力，可以增强整个分子的电子云密度，改善分子的电子传输能力；另一方面，长链烷基的引入可以改善分子的溶解性能，增强其在常规有机溶剂中的溶解能力，使其具备可溶液加工的性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池的基本结构通常包含透明电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层和金属电极层五个功能层。所述电子传输层目前最常见包含两类，其一是富勒烯及其衍生物采用真空蒸镀的方法制备的双层或多层复合功能层，其二是高温烧结法制备的介孔材料层，如TiO₂、Al₂O₃层。

以富勒烯及其衍生物为主体材料的电子传输层的制备工艺中，富勒烯及其衍生物提纯工艺较为复杂、生成成本较高且对设备的要求较高；对于二氧化钛用作电子传输层的制备工艺而言，二氧化钛功能层通过前驱体溶液或凝胶再通过溶液成膜工艺结合高温烧结过程(400-500℃)制备得到，高温烧结工艺的缺点在于对基底材料的限制较多，较为苛刻的条件限制了钙钛矿太阳能电池在柔性器件领域内的应用。因此开发高效、低成本、易加工的新型电子传输层具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料及其制备方法和应用，本发明提供的用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料可通过溶液加工成膜并用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层，具有成本低，易加工的特性。

本发明提供了一种用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料，所述电子传输层材料具有式I所示结构：

其中，n＝5～1000，R₁、R₂独立的选自C5～C16的烷基，X为氧、硫、硒中的一种。

优选的，R₁、R₂独立的选自正戊基、异戊基、正己基、2-乙基己基、正辛基、3-乙基辛基或正葵基。

本发明还提供了一种上述电子传输层材料的制备方法，由具有式II所示结构的单体1和具有式III结构的单体2在钯催化剂作用下通过聚合反应制备得到：

其中，R₁、R₂独立的选自C5～C16的烷基，X为氧、硫、硒中的一种。

优选的，所述具有式II所示结构的单体1的制备方法包括以下步骤：

将烷基取代的对甲基苯磺酸酯类化合物与苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-4,8-二酮进行反应，得到反应产物；

将所述反应产物在丁基锂的作用下和三甲基氯化锡反应生成单体1。

所述烷基取代的对甲基苯磺酸酯类化合物选自：

中的一种或多种；

R₁选自C5～C16的烷基。

优选的，所述具有式III所示结构的单体2的制备方法包括以下步骤：

将N,N’-二烷基-2,6-二溴-1,4,5,8-萘四甲酸二亚胺和2-三丁基甲锡烷基噻吩在溶剂中反应，得到N,N’-二烷基-2,6-二噻吩-1,4,5,8-萘四甲酸二亚胺；