[發明專利]一種含噻吩-苯-噻吩單元共聚物及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310445318.6
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN104513381A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 周明杰;張振華;王平;陳吉星
• 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

本發明涉及有機太陽能電池材料領域，尤其涉及一種含噻吩-苯-噻吩單元共聚物及其制備方法和應用。

背景技術

利用廉價材料制備低成本、高效能的太陽能電池一直是光伏領域的研究熱點和難點。有機半導體材料以其原料易得、價格低廉、工藝簡單、穩定性強、光伏效應良好等優點備受關注。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移現象后，有機聚合物太陽能電池逐漸成為研究的熱點。近年來這方面的研究取得了飛速的發展，但是有機聚合物太陽能電池仍比無機太陽能電池的轉換效率低得多。為了使有機聚合物太陽能電池得到實際的應用，開發具有較高能量轉換效率的新型材料仍是這一領域的首要任務。

發明內容

本發明所要解決的問題在于提供一種光轉換效率較高的含噻吩-苯-噻吩單元共聚物。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的含噻吩-苯-噻吩單元共聚物，其結構如式所示：

式中，R₁、R₂均為C₁～C₂₀的烷基，n為14～90的整數。

本發明還提供一種上述所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物的制備方法，包括如下步驟：

分別提供如下結構式表示的化合物A和B，

在無氧環境下，將摩爾比為1:1～1.2的化合物A和B添加入含有催化劑和堿溶液的有機溶劑溶解后，于70～130℃下進行Suzuki耦合反應12～96小時，停止反應并冷卻到室溫，分離提純反應液，即得如下結構式表示的所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物：

其中，R₁、R₂均為C₁～C₂₀的烷基，n為14～90的整數。

所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物的制備方法中，所述催化劑為雙三苯基膦二氯化鈀或四三苯基膦鈀；或者所述催化劑為摩爾比為1:4～8的有機鈀與有機膦配體的混合物，且所述有機鈀為醋酸鈀或三二氬芐基丙酮二鈀，所述有機膦配體為三(鄰甲基苯基)膦或2-雙環己基膦-2’,6’-二甲氧基聯苯；所述催化劑與所述化合物A的摩爾比為1:20～1:100。

所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物的制備方法中，所述堿溶液選自碳酸鈉溶液、碳酸鉀溶液及碳酸氫鈉溶液中的至少一種，且堿溶液中，堿溶質與化合物A的摩爾比為20:1。

所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物的制備方法中，所述有機溶劑選自甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的至少一種。

所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物的制備方法中，Suzuki耦合反應，優選反應溫度為90～120℃，反應時間為24～72小時。

所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物的制備方法中，所述無氧環境優選氮氣、氬氣中的一種或兩種組成的無氧環境。

所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物的制備方法中，分離提純反應液包括：

反應停止后，向反應液中加入甲醇進行沉析，接著通過索氏提取器過濾沉析后的反應液之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿為溶劑再次抽提，收集氯仿溶液并旋干，得到紅色粉末，收集后的紅色粉末在真空下50℃干燥24h，得到所述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物。

本發明還提供上述含噻吩-苯-噻吩單元共聚物在有機太陽能電池器件活化層中作為電子給體材料的應用。

本發明的含噻吩-苯-噻吩單元(TPT)共聚物中，TPT基聚合物具有較高空穴遷移率、帶隙較窄及對太陽光有較高的吸收系數和較寬的吸收范圍等優點，非常有潛力應用于有機太陽能電池中;菲是一種具有大平面剛性結構的化合物，它具有較高的熱穩定性和熒光量子產率。將上述含噻吩-苯-噻吩單元(TPT)的聚合物應用于太陽能電池中，可以提高有機太陽能電池的光轉換率。

上述含噻吩-苯-噻吩單元（TPT）共聚物的制備方法，采用較簡單的合成路線，從而減少工藝流程，材料價廉易得，降低制造成本。該材料結構新穎，溶解性能良好，成膜性能優良，吸收范圍寬；該聚合物可適用于太陽能電池器件，且能量轉換效率得到提高。

附圖說明

圖1為實施例1制得的含噻吩-苯-噻吩單元共聚物的紫外可見吸收光譜圖；

圖2為實施例6的有機太陽能電池結構示意圖。