[發(fā)明專利]一種萘并二噻吩基共聚物及其制備方法與聚合物太陽能電池

無效

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• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103881060A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 周明杰;王平;張振華;張娟娟
• 申請（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種萘并二噻吩基共聚物及其制備方法與聚合物太陽能電池。

背景技術(shù)

制備成本低、效能高的太陽能電池一直是光伏領(lǐng)域的研究熱點和難點。目前已商業(yè)化的硅太陽能電池由于生產(chǎn)工藝復雜、成本高，應用受到限制。為了降低成本，拓展應用范圍，長期以來人們一直在尋找新型的太陽能電池材料。聚合物太陽能電池因為原料價格低廉、質(zhì)量輕、柔性、生產(chǎn)工藝簡單、可用涂布、印刷等方式大面積制備等優(yōu)點而具有優(yōu)越的市場前景。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S?Sariciftci,L.Smilowitz,A.J.Heeger,et?al.Science,1992,258,1474）上報道共軛聚合物與C₆₀之間的光誘導電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象后，人們在聚合物太陽能電池方面投入了大量研究，并取得了飛速的發(fā)展。

但是目前目前聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率仍然比硅太陽能電池低，限制性能提高的主要制約因素有：聚合物太陽能電池相對較低的載流子遷移率，器件的光譜響應與太陽輻射光譜不匹配等。為了使聚合物太陽能電池得到實際的應用，開發(fā)新型的材料，大幅度提高其能量轉(zhuǎn)換效率仍是這一研究領(lǐng)域的首要任務。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種萘并二噻吩基共聚物，該共聚物能增加載流子的傳輸性能，有利于載流子在活性層材料內(nèi)部進行更為有效地傳遞；并且增加光譜的吸收范圍，提高載流子遷移率的傳輸速度和效率，進而提高光電轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明的目的還在于提供萘并二噻吩基共聚物的制備方法及聚合物太陽能電池。

第一方面，本發(fā)明提供了一種萘并二噻吩基共聚物，為如下結(jié)構(gòu)式所示的化合物P；

式中，R₁，R₂獨立地為C₁~C₂₀的烷基，n為10~100之間的整數(shù)。

R₁，R₂兩個烷基鏈有助于實現(xiàn)萘并二噻吩基共聚物在特定有機溶劑中的可溶解性。

本發(fā)明提供的萘并二噻吩基共聚物是將萘并二噻吩和噻吩[3,4-c]并吡咯-4,6-二酮類單體進行共聚后，得到的聚合物；萘并二噻吩具有易修飾的光物理性質(zhì)，其共聚合物顯示出了優(yōu)良的光伏性能；噻吩[3,4-c]并吡咯-4,6-二酮具有簡單、緊湊、對稱及平面構(gòu)型等優(yōu)點，當它與其它單體共聚后，這種優(yōu)點將有利于電子離域，另外，噻吩[3,4-c]并吡咯-4,6-二酮還有較強的吸電子效應，有利于降低HOMO（最高已占軌道）和LUMO（最低未占軌道）能級，同時，N-H鍵能夠容易用其他烷基等官能性基團修飾來提高共聚物的溶解性及光電性能。

本發(fā)明將萘并二噻吩和噻吩[3,4-c]并吡咯-4,6-二酮類單體進行共聚后，得到的聚合物光伏材料能增加載流子的傳輸性能，有利于載流子在活性層材料內(nèi)部進行更為有效地傳遞，并且增加光譜的吸收范圍。該共聚物與電子受體材料制成光伏器件經(jīng)過退火后，能有效增加分子內(nèi)各基團和分子鏈段間排列的有序性和規(guī)整度，提高載流子遷移率的傳輸速度和效率，進而提高光電轉(zhuǎn)換效率；同時萘并二噻吩基共聚物有優(yōu)異的光電性能，且溶解性能和成膜性能良好。

第二方面，本發(fā)明提供了萘并二噻吩基共聚物的制備方法，包括以下操作步驟：

分別提供如下結(jié)構(gòu)式表示的化合物A和化合物B：

式中，R₁，R₂獨立地為C₁~C₂₀的烷基；

在惰性氣體氛圍中，將摩爾比為1∶1～1∶1.2的所述化合物A和所述化合物B加入含有催化劑的有機溶劑中，在70～130℃條件下進行Stille耦合反應6～60小時，反應結(jié)束后，制得結(jié)構(gòu)式如下的萘并二噻吩基共聚物，即化合物P，所述萘并二噻吩基共聚物的結(jié)構(gòu)式如下：

式中，R₁，R₂獨立地為C₁~C₂₀的烷基，n為10~100之間的整數(shù)。

優(yōu)選地，所述Stille耦合反應的反應溫度為90～120℃。

優(yōu)選地，所述Stille耦合反應的反應時間為12～48小時。

優(yōu)選地，所述催化劑為有機鈀或有機鈀與有機膦配體的混合物。