[發(fā)明專利]用于制備包含苯并雜[1，3]二唑單元的聚合物的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280040166.5
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN103857724A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吉爾里安納·施姆普納;加布里爾·比安奇
• 申請（專利權(quán)）人: 艾尼股份公司
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C08G73/00;H01B1/00;H01L51/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 李志東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于制備包含苯并雜[1，3]二唑單元的聚合物的方法。

更具體地，本發(fā)明涉及一種用于制備包含苯并雜[1，3]二唑單元的聚合物的方法，該方法包括使至少一種二取代的苯并雜[1，3]二唑化合物與至少一種雜芳基化合物反應(yīng)。

該聚合物可有利地用于在剛性基體和柔性基體上構(gòu)造光伏器件，諸如，例如光伏電池、光伏模組、太陽能電池、太陽能模組。此外，該聚合物可有利地用于構(gòu)造有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)或有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)。

背景技術(shù)

通過光伏技術(shù)利用太陽能被認(rèn)為是響應(yīng)我們星球的增加的能源需要的最好方式之一。

光伏器件能夠?qū)l(fā)光輻射的能量轉(zhuǎn)換為電能。現(xiàn)在，可用于實(shí)際應(yīng)用的多數(shù)光伏器件利用無機(jī)類光活性材料(特別是高純度結(jié)晶硅)的物理化學(xué)性質(zhì)。然而，由于硅的高生產(chǎn)成本，科學(xué)研究的努力朝著開發(fā)具有聚合物結(jié)構(gòu)的可替代有機(jī)材料(所謂的“聚合物光伏電池”)發(fā)展。與高純度結(jié)晶硅不同，實(shí)際上，有機(jī)聚合物的特征是相對的合成便利、低生產(chǎn)成本、減少的相關(guān)光伏器件的重量。

最廣泛使用的聚合物光伏電池為具有稱為“本體異質(zhì)結(jié)”的結(jié)構(gòu)的聚合物光伏電池，該聚合物光伏電池具有光活性層，該光活性層包括形成混合物的電子給體化合物和電子受體化合物，在該混合物中由該電子給體化合物和該電子受體化合物組成的兩相形成具有超大接觸面積的、納米級的分散。

Yu等，例如在：“Polymer?Photovoltaic?Cells：Enhanced?Efficiencies?via?a?Network?of?Internal?Donor-Acceptor?Heterojunction”，Science(1995)，第270卷，第1789-1791頁中描述了以上所示的這類聚合物光伏電池，其中光活性層包括電子給體化合物(特別是共軛聚合物，更具體為聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-亞苯基亞乙烯基](MEH-PPV))和電子受體化合物(特別是PC61BM(6，6苯基-C61-丁酸甲酯))的混合物。

以上描述的這類聚合物光伏電池現(xiàn)在將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換效率平均達(dá)到1％至6％的范圍：獲得的最大轉(zhuǎn)換效率為8.3％。

聚合物光伏電池中將光轉(zhuǎn)換為電流的基本轉(zhuǎn)換過程通過以下步驟來發(fā)生：

1、在電子給體化合物的一部分上吸收光子，形成激子，即一對“電子-電子空隙(或空穴)”電荷傳輸體；

2、激子在電子給體化合物的一個區(qū)域擴(kuò)散直到電子受體化合物的界面；

3、兩種電荷傳輸體中激子的解離：受體相中(即電子受體化合物中)的電子(-)和給體相中(即電子給體化合物中)的電子空隙[(或空穴)(+)]；

4、將這樣形成的電荷傳輸至負(fù)極(電子，通過電子受體化合物)和正極[電子空隙(或空穴)，通過電子給體化合物]，在有機(jī)光伏電池的電路中產(chǎn)生電流。

形成激子和隨后將電子輸出至電子受體化合物的光吸收過程導(dǎo)致電子從電子給體化合物的HOMO(最高占據(jù)分子軌道)激發(fā)至LUMO(最低未占分子軌道)，且隨后從電子給體化合物的LUMO到達(dá)電子受體化合物的LUMO。

因為聚合物光伏電池的效率取決于通過激子的解離產(chǎn)生的自由電子的數(shù)量，該自由電子的數(shù)量可與吸收的光子的數(shù)量直接相關(guān)，電子給體化合物的最影響該效率的一個結(jié)構(gòu)特征是電子給體化合物的HOMO軌道與LUMO軌道之間存在的能量差，即所謂的帶隙。電子給體化合物能夠收集光子且將光子有效轉(zhuǎn)換為電能(即所謂的“光子捕獲”或“光捕獲”過程)的最大波長值取決于這個差。為了獲得可接受的電流，HOMO與LUMO之間的帶隙必須不是非常高，但同時必須不是非常低。非常低的帶隙實(shí)際上與非常高的HOMO對應(yīng)，這將危害器件的電極處獲得電壓(這個電壓實(shí)際上與電子給體化合物的HOMO與LUMO之間的差相關(guān))。

在最簡單的操作方式中，具有以上描述的稱為“本體異質(zhì)結(jié)”結(jié)構(gòu)的聚合物光伏電池通過在通常由銦-錫氧化物(ITO)(正極)和鋁(Al)(負(fù)極)組成的兩個電極之間引入電子受體化合物和電子給體化合物的混合物的薄層(約100納米)(稱為“本體異質(zhì)結(jié)”的結(jié)構(gòu))來制備。為了制備這類薄層，通常制備兩種組分的溶液且隨后通過合適的沉積技術(shù)(諸如，例如“旋涂”、“噴涂”、“噴墨打印”等)，以這種溶液為原料在正極[銦-錫氧化物(ITO)]上制備光活性膜。最后，將對電極[即鋁負(fù)極(Al)]沉積在干燥的膜上。任選地，可在電極與光伏膜之間引入能夠發(fā)揮電學(xué)、光學(xué)或機(jī)械特性的特定功能的其他另外的層。