[发明专利]一种聚富勒烯高分子材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚富勒烯高分子材料及其制备方法和应用，属于材料制备领域。本发明提供的聚富勒烯高分子材料具有更好的稳定性，其高分子链之间的相互作用可以有效解决传统富勒烯小分子易分解、易扩散等问题，从而实现基于聚富勒烯的稳定光电器件。该聚富勒烯的合成方法简单快捷，反应条件温和，将得到的聚富勒烯高分子材料溶于甲苯、氯苯、邻二氯苯等溶剂，通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、浸涂、喷涂等工艺制备薄膜或者加入至吸光层中，制备引入聚富勒烯材料的光电器件。本申请既有重要的科学意义，也有极高的工业应用价值。

技术领域

本发明属于材料制备领域，更具体地说，涉及一种聚富勒烯高分子材料及其制备方法和应用。

背景技术

富勒烯(Fullerene)是单质碳被发现的第三种同素异形体，以球状，椭圆状，或管状结构存在，其自身优异的电子传输性能使其在光电器件中有着广泛的应用，现如今富勒烯已经成为了反式结构钙钛矿太阳能电池最常用的电子传输材料。具体而言，现如今最常用的富勒烯电子传输层材料包括C60和[6，6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)。这其中C60因在有机溶剂中的溶解度较差不具备溶液加工性，通常采用热蒸镀的形式制备。相比之下，PCBM在室温下的可溶液加工性，使其在全溶液制备的钙钛矿光伏器件中具有很好的应用前景。全溶液制备的钙钛矿光伏组件工艺简单、成本较低的特点对工业界而言具有很大的吸引力，对于推动钙钛矿光伏的产业化、进一步扩大光伏发电所占的份额具有重要意义。在界面材料稳定性方面，尽管PCBM小分子具有优异的电子传输性能，其自身的稳定性却一直存在问题。

PCBM最早作为电子受体材料应用在有机太阳能电池领域。在有机太阳能电池的相关研究中发现，PCBM在光照和高温下发生的反应和分解是限制电池稳定性的重要因素，进而催生了稳定性良好的非富勒烯受体。在光照条件下，相邻PCBM分子中的C60单元会相互耦合形成富勒烯二聚体，二聚体的形成会很大程度上削弱PCBM的电子传输能力；此外，PCBM分子在高温下也会发生分子扩散、聚集及分解，从而影响有机光伏活性层的形貌稳定性以及电池的性能。作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层，PCBM分子间的二聚化亦会影响其电子收集能力；PCBM与钙钛矿吸光层具有一定的相容性，在热力作用下PCBM分子会向钙钛矿吸光层扩散，且钙钛矿层中的碘负离子也易通过PCBM层向金属电极扩散，这二者之间的相互扩散会引起钙钛矿材料与金属背电极的接触和反应，从而造成器件的衰减。开发新型电子传输层材料来解决当前PCBM不稳定性的问题，是提高反式钙钛矿光伏器件的稳定性、推动其产业化进程的重要一步。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚富勒烯材料制备方法及其在有机/钙钛矿太阳能电池中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种聚富勒烯高分子材料的制备方法，其特征在于：将摩尔比为1：0.01～10.0的富勒烯与含有芳香基团的化合物加入到反应溶剂中，在含有溴化亚铜催化剂的催化下，反应温度0～200摄氏度，搅拌反应0.1～72小时，得到聚富勒烯高分子。

优选地，所述芳香基团为芳基、杂芳基、芳氧基、杂芳氧基、芳基羰基、杂芳基羰基、芳基羰基氧基、杂芳基羰基氧基、芳氧基羰基或杂芳氧羰基中的一种或几种。

优选地，所述的富勒烯为以下结构式中的一种或几种：

/

每一个n是1、2、4、5或6；

每一个Ar独立地选自由单环芳基、双环芳基、多环芳基以及单环杂芳基、双环杂芳基和多环杂芳基组成的组，其中每一个Ar可以含有1个至5个所述芳基或杂芳基，其中每一个所述芳基或杂芳基可以稠合或连接；