[发明专利]含金属离子高分子太阳能电池材料的制备

说明书

技术领域

本发明涉及含金属离子的共轭高分子材料在太阳能光伏电池中的应用。

技术背景

随着社会的发展，人类社会对能源的需求急剧增加。由于煤炭、石油、天然气等能源的储量有限，且使用这些能源所造成的环境污染也给人类的生活带来严重的影响，所以世界各国，特别是西方发达国家，都投入了大量的人力和财力用于新能源的开发和利用。我国是一个人口大国，能源的人均储藏量十分有限。特别是最近几年，我国的经济得到了飞速的发展，能源的短缺日趋严重，提高我国的太阳能利用效率是解决该问题的最有效的办法之一。提高太阳能利用率的核心问题是如何提高太阳能电池的性价比和转化效率。目前实用化的太阳能电池多为半导体材料(如Si，GdAs，InSe等)，转化效率在6％到30％之间。但高的转化效率并不一定是最经济的，所以目前市场上的太阳能电池多为不定型半导体硅，转化效率在10％至15％之间。这类太阳能电池只能安装在平板基质上，且价格比较昂贵，很难推广到普通家庭使用。2000年的诺贝尔化学奖授予了在导电高分子方面做出突出贡献的美国化学家AlanJ.Heeger和Alan G.MacDiarmid及日本化学家Hideki Shirakawa，导电高分子的发现也使高分子太阳能电池成为可能。从此高分子太阳能电池就引起了极大的研究兴趣。目前已报道的高分子太阳能材料中，大多使用PPP/PPV/PPE为天线分子，C60及其衍生物为电子受体，最高转化效率为4％至5％。这类高分子材料合成原料易得，价格便宜且易于加工，可在各种形状的基质上加工。据粗略计算，如果高分子太阳能电池的转化效率能达到7％至8％，就可以市场化。所以说高分子太阳能电池是一个十分具有应用前景的研究领域。在所有影响高分子太阳能电池转化效率的因素中，如何提供光吸收层的光诱导电子转移效率就是其中最重要的因素之一。三重态电子给体和电子受体发生电子转移后，所生成的自由基离子对仍然保持其三重态的特性，当它们成为自由离子后，重新组合成三重态离子对就是一个自旋禁阻的过程，在理论上这就增加了生成自由电荷的可能性。利用具有高三重态量子产率的高分子材料作为太阳能电池的天线分子是一个比较新的研究领域，

发明内容

本发明的内容是利用含金属离子的共轭高分子的三重态特性来制备太阳能光伏电池，另一方面提供用该类化合物制备太阳能光伏电池的工艺过程。

本发明涉及由化学式1和2表示的含金属离子的共轭高分子材料在太阳能光伏电池中的应用。

化学式1：

化学式2

其中，R₁，R₂为烃基，M为铁、铜、镁、钌、钯、铂、金、锰、锌、铑、铬等金属离子。Ar为各种芳香碳环和芳香杂环。Ar’为金属配合物，例如金属卟啉，金属酞菁、金属联吡啶等。

具体实施方案

由化学式1和2表示的配合物与其它电子受体按1∶1至1∶8的比例溶解在溶剂中，用旋涂仪在洗干净的导电玻璃上制备成厚度为5至2000纳米的薄膜，然后再用真空镀膜机在薄膜表面镀上一层金属电极，其中金属电极包括铝、镁、钙、锌、铟、铜、钛、氟化钙、及各种金属合金等。