一种利用硒醚聚合物提高全无机钙钛矿太阳能电池效率的方法和应用技术

本发明专利技术提供一种利用硒醚聚合物提高钙钛矿太阳能电池效率的方法和应用。本发明专利技术将所合成的具备新型结构的含硒醚马来酰亚胺单体与苯乙烯共聚得到含硒醚聚合物，并将该含硒醚聚合物与全无机钙钛矿掺杂；还利用了含硒醚聚合物在光照下产生的硒自由基以及聚合物本身还可以光交联的特点，最终实现能够有效提高钙钛矿太阳能电池的效率；全无机钙钛矿掺杂该硒醚聚合物1后，开路电压从1.15 V提高到1.22 V，短路电流从14.46 mA/cm2提高到14.50 mA/cm2，填充因子从75.26%提高到78.10%，光电转换效率从12.56%提高到13.81%，显著提高了全无机钙钛矿太阳能电池的效率并且含硒醚聚合物掺杂方法简单，能够扩大该方法在能源领域的应用范围。能够扩大该方法在能源领域的应用范围。能够扩大该方法在能源领域的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种利用硒醚聚合物提高全无机钙钛矿太阳能电池效率的方法和应用


[0001]本专利技术属于聚合物材料和能源材料
，具体涉及一种利用硒醚聚合物提高钙钛矿太阳能电池效率的方法和应用。

技术介绍

[0002]太阳能电池由于其高效、便捷、环境友好的特性，一直受到企业界和科技界的关注。全无机太阳能电池CsPbX3（X=I，Br）或者CsPbIaBrb（a+b=3）作为一类新型的太阳能电池，相比于有机
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无机杂化太阳能电池的热及化学稳定性更好，且光电转化效率也比较高，因而成为当前的研究热点。
[0003]虽然CsPbX3或CsPbIaBrb钙钛矿太阳能电池的研究取得了较大的进展，但其光电转换效率还明显偏低，与理论值相比还有较大差距，造成该结果的一个主要原因是制备的钙钛矿膜质量较差，存在大量的缺陷，从而在电池内引起严重的电荷负荷，因此，提高钙钛矿膜质量成为进一步提高钙钛矿太阳能电池光电性能的关键之一。近年来，通过在无机钙钛矿前驱体中加入聚合物提高无机钙钛矿的结晶质量和稳定性引起了研究人员的极大兴趣，现阶段也取得了一些成果，但仍有进一步提高的空间，具体体现在以下几个方面：（1）分子中含有孤对电子的原子可以钝化钙钛矿中铅、碘缺陷；（2）交联聚合物可以存在于钙钛矿晶界和表面，防止水分渗透，保护钙钛矿；（3）交联聚合物存在于晶界，通过和钙钛矿的相互作用，作为晶界增韧剂，提高钙钛矿耐弯曲性能，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率和使用寿命等。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种能够光交联的含硒醚聚合物及其制备方法，并将含硒聚合物和钙钛矿采用简单掺杂的方式，同时实现硒醚对钙钛矿中铅、碘缺陷的钝化和聚合物光交联，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率，使其更具有产业上的利用价值。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术的第一个目的是提供一种能够光交联的含硒醚聚合物，所述聚合物结构如下：其中，R1选自含烷基链的基团，R2为硒醚基团，R3独立选自含芳香环或含脂肪环基
团，50≤n≤200。
[0006]进一步的，R1独立选自：、、、、、或。
[0007]进一步的，R2独立选自或。
[0008]进一步的，R3独立选自、、或。
[0009]本专利技术的第二个目的是提供所述聚合物的制备方法，包括如下步骤：（1）将含硒醚单体、苯乙烯单体、引发剂加入溶剂中，除氧后加热进行聚合反应，得到聚合物溶液；（2）将步骤（1）中得到的聚合物溶液通过沉淀剂沉淀，洗涤，烘干后得到聚合物粉末。
[0010]进一步的，所述的含硒醚单体与苯乙烯单体的摩尔比为1:1~5。
[0011]进一步的，所述的聚合反应优选在惰性气体保护下进行；进一步的，惰性气体优选氩气。
[0012]进一步的，所述溶剂为N，N
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二甲基甲酰胺（DMF）、N，N
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二甲基乙酰胺（DMAc）、甲基吡咯烷酮（NMP）和甲苯的一种或一种以上混合；进一步的，所述溶剂优选无水的甲苯。
[0013]进一步的，在步骤（1）中，聚合反应的温度为50~80℃；进一步所述聚合温度优选为60~65℃。
[0014]进一步的，在步骤（1）中，引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）或过氧化二苯甲酰（BPO）中的一种或两种；进一步的，所述引发剂优选为AIBN。
[0015]进一步的，在步骤（2）中，烘干的温度为60~100℃；进一步的，所述烘干温度优选为70~80℃。
[0016]进一步的，在步骤（2）中，沉淀剂为甲醇、石油醚或正己烷中的一种或一种以上的组合；进一步的，所述沉淀剂优选为甲醇。
[0017]进一步的，在步骤（1）中，所述的含硒醚类单体为4
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苯基硒醚亚甲基马来酰亚胺、4
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苯基硒醚乙基马来酰亚胺、4
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苯基硒醚丙基马来酰亚胺、4
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苯基硒醚丁基马来酰亚胺、4
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苯基硒醚戊基马来酰亚胺、4
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苯基硒醚己基马来酰亚胺、4
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苯基硒醚庚基马来酰亚胺、4
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苯基二硒醚亚甲基马来酰亚胺、4
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苯基二硒醚乙基马来酰亚胺、4
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苯基二硒醚丙基马来酰亚胺、4
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苯基二硒醚丁基马来酰亚胺、4
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苯基二硒醚戊基马来酰亚胺、4
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苯基二硒醚己基马来酰亚胺、4
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苯基二硒醚庚基马来酰亚胺、4
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萘基硒醚亚甲基马来酰亚胺、4
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萘基硒醚乙基马来酰亚胺、4
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萘基硒醚丙基马来酰亚胺、4
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萘基硒醚丁基马来酰亚胺、4
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萘基硒醚戊基马来酰亚胺、4
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萘基硒醚己基马来酰亚胺、4
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萘基硒醚庚基马来酰亚胺、4
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萘基二硒醚亚甲基马来酰亚胺、4
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萘基二硒醚乙基马来酰亚胺、4
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萘基二硒醚丙基马来酰亚胺、4
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萘基二硒醚丁基马来酰亚胺、4
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萘基二硒醚戊基马来酰亚胺、4
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萘基二硒醚己基马来酰亚胺、4
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萘基二硒醚庚基马来酰亚胺中的任意一种。
[0018]进一步的，4
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苯基硒醚丙基马来酰亚胺（PhSePMI）的制备方法包括以下步骤：在有机溶剂中，3
‑
氯丙胺盐酸盐与二苯基二硒醚在70~90℃下反应，得到正丙基苯基硒醚
（PhPASe），在经过PhPASe与马来酸酐在室温下反应后经过提纯处理得到4
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苯基硒醚丙基马来酰亚胺（PhSePMI）。
[0019]进一步的，所述反应优选在惰性气体保护下进行，惰性气体优选氩气；合成PhPASe的反应有机溶剂为乙醇、甲醇、乙酸乙酯一种或几种，优选乙醇；反应温度为70~90℃，优选80℃；其中PhPASe与马来酸酐反应中溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮中的一种或几种，优选三氯甲烷；反应温度为20~40℃，优选25℃；关环反应优选醋酸钠/醋酸酐/四氢呋喃体系，关环反应的具体反应式如下：更进一步的，所述对3
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氯丙胺盐酸盐与二苯二硒醚的摩尔比为4~8：2~4；中间体PhPASe与马来酸酐的摩尔比为2~3：3~5。
[0020]本专利技术的第三个目的是利用硒醚聚合物提高钙钛矿太阳能电池效率的应用，具体为提供一种含硒醚聚合物掺杂全无机钙钛矿材料的方法，包括如下步骤：（1）将含硒醚聚合物用有机溶剂溶解后加入到钙钛矿材料中；（2）将步骤（1）得到的掺杂材料经退火、紫外光照测试性能。
[0021]进一步的，所述的含硒醚聚合物与钙钛矿的质量比为1：1~5。
[0022]进一步的，所述有机溶剂为N，N
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二甲基甲酰胺、N，N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含硒醚聚合物，其特征在于，所述聚合物结构通式如下：；其中，R1选自含烷基链的基团，R2为硒醚基团，R3独立选自含芳香环或含脂肪环基团，50≤n≤200。2.根据权利要求1所述的含硒醚聚合物，其特征在于，R1独立选自：、、、、、或。3.根据权利要求1所述的含硒醚聚合物，其特征在于，R2独立选自：或。4.根据权利要求1所述的含硒醚聚合物，其特征在于，R3独立选自：、、或。5.根据权利要求1、2、3、4中任一项所述的含硒醚聚合物，其特征在于，所述含硒醚聚合物的制备方法包括如下步骤：（1）将含硒醚单体、苯乙烯单体、引发剂加入溶剂中，除氧后加热进行聚合反应，得到聚合物溶液；（2）将上述步骤（1）中得到的聚合物溶液通过沉淀剂沉淀，洗涤，烘干后得到聚合物粉末。6.根据权利要求5所述的含硒醚聚合物的制备方法，其特征在于，所述的含硒醚单体为4
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苯基硒醚烷基马来酰亚胺、4
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苯基二硒醚烷基马来酰亚胺、4
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萘基硒...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琪龙，胡志强，师红旗，
申请(专利权)人：宿迁学院，
类型：发明
国别省市：