[發明專利]含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物及其制備方法和太陽能電池器件

有效

• 申請號: 201310038496.7
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103965445A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 周明杰;王平;張振華;黃輝
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;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: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

【技術領域】

本發明涉及光電領域，尤其涉及一種含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物及其制備方法和使用該含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物的太陽能電池器件。

【背景技術】

自1977年日本科學家白川英樹發現聚乙炔導電以來，這種被稱為“第四代高分子”材料的導電聚合物以其突出的光電性能吸引了眾多科學家進行研究。導電高分子同具有相同或相近用途的無機材料相比，具有密度低，易加工，合成選擇范圍廣等優點。由于這類材料結構的共軛特性，使它能傳輸電荷，受激發光，從而能夠或潛在可能在許多電子或光電子器件上得到應用，例如包括聚合物發光二極管，光伏打電池，場效應等。潛在的應用前景和廣泛的應用領域促使科學家競相研究這類具有光電活性的共軛材料，包括共軛結構小分子，以及聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚芴等。

研究人員一直在努力尋求改善和提高聚合物發光二極管、光伏打電池、場效應性能的方法，材料是最重要的因素之一。所以許多研究小組一直致力于開發具有高量子效率，色純度好，長期穩定性好的發光聚合物，以及可見光范圍吸收波段寬、載流子遷移率高的聚合物。要實現這些目標，需要研制更多的新型共軛分子材料和聚合物材料，其中，設計合成新型共軛單元就顯得十分重要。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種能量轉化效率較高的含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物。

此外，還有必要提供一種含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物的制備方法。

此外，還有必要提供使用含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物的太陽能電池器件。

一種含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物，具有如下結構式：

其中，R為C₁~C₂₀的烷基，n為10~100的整數。

一種含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物的制備方法，包括如下步驟：

提供如下結構式表示的化合物A和化合物B，A為：B為：

其中，R為C₁~C₂₀的烷基；

在無氧環境中，將摩爾比為1:1~1:1.2的化合物A和化合物B添加入含有催化劑的有機溶劑中，在70℃～130℃進行Stille耦合反應6小時～60小時，所述催化劑為有機鈀或為有機鈀與有機磷配體的混合物，得到如下結構式表示的含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物P：

其中，n為10~100的整數。

所述有機溶劑選自甲苯、N，N-二甲基甲酰胺及四氫呋喃中的至少一種。

所述有機鈀為雙三苯基膦二氯化鈀、四三苯基膦鈀、醋酸鈀或三二亞芐基丙酮二鈀，所述有機膦配體為三叔丁基膦、三鄰甲苯基膦或2-雙環己基磷-2’,6’-二甲氧基聯苯，所述有機鈀與所述有機膦配體的摩爾比為1:4~1:8。

所述催化劑中的有機鈀與所述化合物A的摩爾比為1:20~1∶100。

所述Stille耦合反應的反應溫度為90℃~120℃，反應時間為12小時~48小時。

還包括將含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物P進行分離純化的步驟，所述分離純化步驟如下：向所述化合物A和化合物B進行Stille耦合反應后的溶液中加入甲醇沉析并過濾，將過濾得到的固體依次用甲醇和正己烷進行抽提，將經過抽提后的固體用氯仿抽提，收集氯仿溶液后蒸發溶劑得到純化后的含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物P。

所述抽提采用索氏提取器進行。

一種太陽能電池器件，包括活性層，所述活性層包括電子給體材料及電子受體材料，所述電子受體材料為[6,6]苯基-C₆₁-丁酸甲酯或者[6,6]-苯基-C₇₁-丁酸甲酯，所述電子給體材料具有如下結構式的含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物P：

其中，R為C₁~C₂₀的烷基，n為10~100的整數。

電子給體材料與所述電子受體材料的摩爾比為1:2～1:5。

上述含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物為給體-受體型共軛聚合物，它具有較高的空穴遷移率，高的開路電壓，較好的溶解性能和成膜性能，在300nm～800nm范圍內具有較寬的吸收范圍，是一種性能良好的聚合物發光材料，進而解決太陽能電池器件低效率問題。

上述含二噻吩苯并噻二唑單元的聚合物的制備方法，采用了較簡單的合成路線，從而減少工藝流程，原材料價廉易得，使得制造成本降低；且值得的聚合材料結構新穎，溶解性能良好，成膜性能優良，可適用于太陽能電池器件。