[發明專利]一種共軛聚合物半導體材料、制備方法及應用

無效

• 申請號: 201310322612.8
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103467710A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 袁建宇;馬萬里
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C08G61/10;H01L51/46
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種共軛聚合物半導體材料的設計、制備方法及應用，屬于有機聚合物半導體材料領域。

背景技術

將清潔的取之不盡的太陽能轉化為電能是一種有效的解決能源危機的路徑，研制高效的太陽能成為一種必要的手段，目前太陽能電池已經發展到第三代，與傳統的無機太陽能電池相比，第三代太陽能電池基于有機材料，采取溶液旋涂打印的方法制作，產品具有輕薄，可卷曲，可制成大面積等優點。經過短短十多年的發展，實驗室制備電池的效率已經達到10%，（Z.?He,?C.?Zhong,?S.?Su,?M.?Xu,?H.?Wu,?Y.?Cao,?Nat.?Photonics?2012,?6,?593;?J.?You,?L.?Dou,?K.?Yoshimura,?T.?Kato,?K.?Ohya,?T.?Moriarty,?K.?Emery,?C.-C.?Chen,?J.?Gao,?G.?Li,?Y.?Yang,?Nat.?Commun.?DOI:10.1038/ncomms2411.）展示出良好的應用前景。

2000年諾貝爾化學獎得主Alan?J.?Heeger等（G.?Yu,?J.?Gao,?J.?C.?Hummelen,?F.?Wudl,?A.?J.?Heeger,?Science?1995,?270,?1789）首次報道通過溶液旋涂方法制備得到以聚（3-己基）噻吩和富勒烯衍生物（PCBM）為光敏層材料的高效聚合物太陽能電池器件以來，有機聚合物太陽能電池引起了人們的極大關注。Heeger教授等首次提出了體相異質節的核心結構，代替的傳統的面相異質節結構，大幅度的提升了聚合物太陽能電池的轉換效率，這種體相異質節結構大幅度增加了聚合物和富勒烯衍射物的界面接觸，更有利于光生激子分離成電子和空穴，進而加快載流子的傳輸，增加電池的電流。但是由于聚合物和有機小分子富勒烯兩種材料本身的區別，使調控聚合物和PCBM在體異質節中的分散尺度成為一個難題。

在2005年文獻首次提出了器件熱退火（W.?Ma,?C.?Y.?Yang,?X.?Gong,?K.?Lee,?A.?J.?Heeger,?Adv.?Funct.?Mater.?2005,?15,?1617）的方法，通過這種方法可以很好的控制P3HT和PCBM的相分離尺度，進一步的達到完美的兩相分散，電池的轉換效率能提高到5%，由于P3HT材料本身對太陽光吸收的局限性，后期科研人員設計了新型的窄帶隙聚合物，進一步提高聚合物太陽能電池的效率（H.-Y.?Chen,?J.?H.?Hou,?S.?Q.?Zhang,?Y.?Y.?Liang,?G.W.?Yang,?Y.?Yang,?L.?P.?Yu,?Y.?Wu,?G.?Li,?Nat.?Photonics?2009,?3,?649;?C.?Piliego,?T.?W.?Holcombe,?J.?D.?Douglas,?C.?H.?Woo,?P.?M.?Beaujuge,?J.?M.?J.?Fréchet,?J.?Am.?Chem.?Soc.?2010,?132,?7595.）但是上述的熱退火的方式對新型的聚合物太陽能電池鮮有作用，于是在前期的研究中發現，采用高沸點的溶劑添加劑（J.?Peet,?J.?Y.?Kim,?N.?E.?Coates,?W.?L.?Ma,?D.?Moses,?A.?J.?Heeger,?G.?C.?Bazan,?Nat.?Mater.?2007,?6,?497；J.?K.?Lee,?W.?L.?Ma,?C.?J.?Brabec,?J.?S.Moon,?J.?Y.?Kim,?K.?Lee,?G.?C.?Bazan,?A.?J.?Heeger,?J.?Am.?Chem.?Soc.?2008,?130,?3619.）同樣可以達到調整相分離的目的，但是高沸點的添加劑會殘留在器件中，嚴重影響器件的穩定性，同時這種含鹵代烴的高沸點添加劑增加了器件的制作工藝又會對環境產生污染，所以后期大面積聚合物太陽能電池的生產需要一種簡易的調整聚合物和PCBM相分離的方法。

發明內容

本發明的目的在于克服目前聚合物太陽能電池器件制作后期處理技術存在的不足，提供一種制備工藝簡單、環境友好，并具有合適表面能的聚合物，以有效控制共軛聚合物半導體材料的表面能，與PCBM共混后制作太陽能電池器件可自行達到合適的相分離。

實現本發明目的的技術方案是提供一種共軛聚合物半導體材料，它的結構式為：

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