[发明专利]芴类共聚物、制备方法、应用及其聚合物太阳能电池器件

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚合物、制备方法及其应用， 尤其涉及一种芴类共聚物、制备方法、应用及其聚合物太阳能电池器件。

背景技术

随着太阳能电池的发展，目前硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高 等多种原因，使其应用受到限制。为了降低成本，拓展应用范围，长期以来 人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。聚合物太阳能电池因为原料价格低 廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优 点而备受关注，如果能够将其能量转化效率提高到接近商品硅太阳能电池的 水平，其市场前景将是非常巨大的。

目前聚合物太阳能电池的研究主要集中于给体、受体共混体系，采用 PCPDTBT与PCBM共混体系的能量转化效率已经达到6.5％(Jin Young Kim，et al.Science 2007，317，222)，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限 制性能提高的主要制约因素有：有机半导体器件相对较低的载流子迁移率， 器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利 用以及载流子的电极收集效率低等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应 用，开发新型的材料，大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要 任务。

聚芴及其衍生物发光效率高，光稳定性和热稳定性优异，但由于其较宽 的带隙使得它的吸收范围主要集中在短波长区域，光谱响应范围较窄，与太 阳光发射光谱匹配不是很理想。并且目前芴类材料大都是两种单体的共聚物， 而由三种或三种以上单体的共聚物却很少见，这就大大限制了这类材料的发 展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种较 宽的光谱响应、较好的热稳定性和环境稳定性、更好地与太阳发射光谱匹配、 可以调节材料的能隙、易于成膜加工的、光电转换效率高的芴类共聚物。

本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种合成路线比较简单、反 应条件温和、易于控制、产率高的芴类共聚物制备方法。

本发明另外要解决的技术问题在于，提供芴类共聚物广泛在不同光电产 品上的应用。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种应用芴类共聚物的聚合物太 阳能电池器件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种芴类共聚物，为以下 通式化合物：

式中：R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆相同或不同地表示为H或C₁～C₂₀的烷基； x+y＝1，且x≠0、y≠0；n为1～1000之间的整数；Ar₁为含噻吩单元结构的基团。

芴类共聚物中，所述的Ar₁优选为以下基团中的一种：

式中：R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇相同或不 同地表示为H或C₁～C₂₀的烷基，m为1～20之间的整数。

芴类共聚物中，所述n为10～100的整数，m为1～10的整数。

芴类共聚物的制备方法，将下列三种原料：

放入有机溶剂中，加入碱，在有机钯催化剂的催化下反应，即得芴类共聚物， 其中反应温度为30～180℃，反应时间为1～7天；R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆相 同或不同地表示为H或C₁～C₂₀的烷基，Ar₁为含噻吩单元结构的基团。

芴类共聚物的制备方法中，所述的Ar₁优选为以下基团中的一种：