[發(fā)明專利]聯(lián)受體型聚合物光伏材料及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811584037.8
• 申請(qǐng)日: 2018-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN109749061B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝向偉;常藝琳;孫向南
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;王文紅

本發(fā)明提供一種聯(lián)受體型聚合物光伏材料及其制備和應(yīng)用。所述聯(lián)受體型聚合物光伏材料以如下通式表示：其中，D為苯環(huán)和噻吩稠合得到的芳香稠環(huán)，A1為具有類似于π橋作用的并噻吩型單元，A2選自氟代苯并噻二唑、萘二并噻二唑、異靛藍(lán)、吡咯并吡咯二酮、苯并二噻吩二酮中的任意一種，n代表聚合物的重復(fù)單元個(gè)數(shù)。本發(fā)明提供了一種新型聯(lián)受體?D?A1?A2?A1?共聚型聚合物光伏材料，該新型聚合物光伏材料PBTTB，在與PC₇₁BM構(gòu)建的有機(jī)太陽能電池中獲得了9.81％的光電轉(zhuǎn)換效率；本發(fā)明提供的聚合物材料通過兩步反應(yīng)進(jìn)行制備，在較溫和的條件下即可制得，具有制備簡單、原料易得的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物光伏材料，及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚合物太陽能電池因其材料的特性，具有質(zhì)量輕、價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)勢(shì),可以通過印刷采取卷對(duì)卷的加工方式很便利地制成大面積的柔性器件。

聚合物太陽能電池基本原理是給體材料吸收太陽光后產(chǎn)生激子，激子擴(kuò)散至給受體界面處發(fā)生分離，形成自由的電子和空穴，其中電子轉(zhuǎn)移至受體材料的LUMO能級(jí)上，而空穴保留在給體材料的HOMO能級(jí)上，在電池內(nèi)部勢(shì)場的作用下，被分離的空穴和電子分別沿著給受體材料形成的通道傳輸?shù)秸龢O和負(fù)極，經(jīng)電極收集后形成電流。聚合物材料中，D(電子給體)-A(電子受體)結(jié)構(gòu)是目前用于PSC材料的窄帶隙共軛聚合物最為成功的設(shè)計(jì)思路，其中PCE-10是有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的聚合物給體材料，該材料與PC₇₁BM構(gòu)建的有機(jī)太陽能電池獲得了9％左右的光電轉(zhuǎn)換效率。

尋求新型的、效率更高、容易制備的給體型光伏材料，是太陽能利用研究領(lǐng)域一直致力的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明的目標(biāo)之一是提供一種聯(lián)受體型聚合物光伏材料。

本發(fā)明的另一目的是提出所述聯(lián)受體型聚合物光伏材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的是提供所述的聯(lián)受體型聚合物光伏材料的應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的的技術(shù)方案為：

一種聯(lián)受體型聚合物光伏材料，以如下通式表示：

其中，D為苯環(huán)和噻吩稠合得到的芳香稠環(huán)，

A1為具有類似于π橋作用的并噻吩型單元，

A2為氟代苯并噻二唑、萘二并噻二唑、異靛藍(lán)、吡咯并吡咯二酮或苯并二噻吩二酮單元中的任意一種，

n代表聚合物的重復(fù)單元個(gè)數(shù)。

其中，D選自下述單元中的任意一種，

A1選自下述基團(tuán)中的任意一種：

A2選自下述基團(tuán)中的任意一種：

其中R1代表氫、鹵素、碳原子數(shù)目30以下的直鏈或支鏈的烷基、烷氧基、烷硫基、酯基、羰基、芳烷基或雜烷基中的一種，R2和R3互相獨(dú)立地為取代或未取代的碳原子數(shù)目30以下的直鏈或支鏈的烷基。

優(yōu)選地，R1代表酯基-COORx，其中Rx為碳原子數(shù)2-10的支鏈烷基；R2和R3互相獨(dú)立地為碳原子數(shù)2-10的支鏈烷基。

本發(fā)明所述聯(lián)受體型聚合物光伏材料的制備方法，包括步驟：

(1)在氣體保護(hù)條件下，有Sn取代的苯環(huán)和噻吩稠合的芳香稠環(huán)在第一有機(jī)溶劑中，在鈀配合物催化條件下與鹵素取代的并噻吩型單元化合物反應(yīng)；