[發明專利]聚合物及其制備方法、有機聚合物太陽能電池

有效

• 申請號: 201310421206.7
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103435785A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 耿延候;謝志元;鄧云峰;田洪坤
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，尤其涉及聚合物及其制備方法、有機聚合物太陽能電池。

背景技術

與傳統的硅太陽能電池相比，有機聚合物太陽能電池由于具有質量輕、成本低、可大面積加工和制備柔性器件等優勢而備受人們的關注。

有機聚合物太陽能電池通常由正、負電極及其間具有光活性的薄層所組成，光活性薄層一般是由給體（D）和受體（A）組成的體異質結（BHJ）結構。目前使用的受體材料主要有CdSe、n-型聚合物和C60及其衍生物PCBM，其中以PCBM使用的最多。BHJ型太陽能電池的正負極分別為銦錫氧化物（ITO）和具有較低功能函數的金屬，位于兩個電極之間的光活性涂層由共軛聚合物與PCBM混合而成。當光透過透明的ITO照射到共軛聚合物分子上時，如果光子能量大于聚合物的帶隙時就會激發出激子，激子向D/A界面移動，在D/A能級差的驅動下激子在界面上分離，電子會轉移到受體PCBM的LUMO軌道上，而空穴則會仍然停留在共軛化合物的HOMO軌道。然后電子和空穴沿著各自的通道傳輸到電極并被電極收集，從而產生光電流和光電壓。

對于有機太陽能電池來說，其共同的特點就是界面對于激子的產生和分離起著至關重要的作用。激子依靠電場和化學勢梯度得以分離，同時依靠界面電場來降低電荷的重新結合速率，因此，界面性質影響到激子的擴散距離及其在界面的分離，即在有機材料中的電荷傳輸和在于金屬接觸處的電荷傳遞。在有機太陽能電池中，界面性質主要取決于組成光活性涂層的聚合物材料的結構，聚合物材料的化學結構是影響電池性能的首要因素。

對太陽光譜的低利用率和共軛聚合物的低電荷載體遷移率是造成目前電池效率較低的主要原因，由于現有共軛化合物的吸收帶比較窄，從而不能有效利用太陽光譜，也同時造成共軛聚合物的空穴遷移率比較低。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種聚合物及其制備方法、有機聚合物太陽能電池，該聚合物光譜吸收范圍較寬。

本發明提供了一種聚合物，如式（I）或式（II）所示：

其中，R₁為烷基；R₂為烷基；X為H或氟原子；n為聚合度。

優選的，所述R₁為C4～C22的直鏈烷基或C4～C22的支鏈烷基。

優選的，所述R₂為C10～C22的直鏈烷基或C12～C40的支鏈烷基。

優選的，所述n為5～100的整數。

本發明還提供了一種聚合物的制備方法，包括以下步驟：

在惰性氣體保護的條件下，將具有式（III-1）結構的化合物與具有式（IV）結構的化合物混合在催化劑及輔助配體作用下，進行反應，得到式（I）所示的聚合物；

或在惰性氣體保護的條件下，將具有式（III-2）結構的化合物與具有式（IV）結構的化合物混合在催化劑及輔助配體作用下，進行反應，得到式（II）所示的聚合物；

其中，R₁為烷基；R₂為烷基；X為H或氟原子；n為聚合度。

優選的，所述催化劑為三（二亞芐基丙酮）二鈀。

優選的，所述催化劑與具有式（IV）結構的化合物的摩爾比為（0.01～0.1）：1。

優選的，所述輔助配體為三（鄰甲基苯基）膦。

優選的，所述輔助配體與具有式（IV）結構的化合物的摩爾比為（0.1～0.5）：1。

本發明還提供了一種有機聚合物太陽能電池，光活性涂層包括式（I）或式（II）所示的聚合物。

本發明提供了一種聚合物及其制備方法、有機聚合物太陽能電池，該聚合物如式（I）或式（II）所示，其中，R₁為烷基；R₂為烷基；X為H或氟原子；n為聚合度。與現有共軛聚合物相比，本發明式（I）或式（II）所示的聚合物以二噻吩并咔唑的稠環單元為給體，該稠環單元重組能小，π電子離域性好，將其引入共軛化合物中可有效降低聚合物的重組能，延長聚合物的共軛長度，從而可以提高聚合物的遷移率和減少聚合物的光學帶隙，光學帶隙的降低可使聚合物的吸收帶紅移，使其吸收光譜與太陽光譜更匹配，此類聚合物不僅可擴大聚合物的光譜吸收范圍，還可提高空穴遷移率；以氟代異靛藍為受體，可降低聚合物的HOMO能級，提高聚合物太陽能電池的開路電壓。