[发明专利]含并噻唑单元的聚合物及其制备方法和太阳能电池器件

说明书

【技术领域】

本发明涉及光电领域，尤其涉及一种含并噻唑单元的聚合物及其制备方法和使用该含并噻唑单元的聚合物的太阳能电池器件。

【背景技术】

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅晶电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低电池成本，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。有机半导体材料以其原料易得、廉价、制备工艺简单、环境稳定性好、有良好的光伏效应等优点备受关注。

含有并噻唑单元的聚合物中，由于噻唑是典型的缺电子单元，包含一个吸电子的亚胺基团，因此含有并噻唑单元的聚合物具有较高的空穴迁移率，显示出了优良的光伏性能。然而，现有的含有并噻唑单元的聚合物的能带隙(HOMO能级与LUMO能级之间的能级差)较宽，从而使得使用含有并噻唑单元的聚合物的有机太阳能电池的能量转换效率较低。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能量转化效率较高的含并噻唑单元的聚合物。

此外，还有必要提供一种含并噻唑单元的聚合物的制备方法。

此外，还有必要提供使用该含并噻唑单元的聚合物的太阳能电池器件。

一种含并噻唑单元的聚合物，具有如下结构式：

其中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基，n为10～50的整数。

一种含并噻唑单元的聚合物的制备方法，包括如下步骤：

提供如下结构式表示的化合物A和化合物B，

A为：B为：其中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基；

在无氧环境中，将摩尔比为1∶1～1.2的化合物A和化合物B添加入含有催化剂的有机溶剂中进行Heck耦合反应，所述催化剂为有机钯或为有机钯与有机磷配体的混合物，得到如下结构式表示的含并噻唑单元的聚合物P：

其中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基，n为10～50的整数。

在优选的实施例中，有机溶剂选自甲苯、N，N-二甲基甲酰胺及四氢呋喃中的至少一种。

在优选的实施例中，有机钯为双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯或三二亚苄基丙酮二钯。

所述有机膦配体为三叔丁基膦、三邻甲苯基膦或2-双环己基磷-2’，6’-二甲氧基联苯。

在优选的实施例中，有机钯与所述化合物A的摩尔比为1∶20～1∶100。

在优选的实施例中，Heck耦合反应的反应温度为90℃～120℃，反应时间为48小时～72小时。

在优选的实施例中，将含并噻唑单元的聚合物P进行分离纯化的步骤，所述分离纯化步骤如下：向所述化合物A和化合物B进行Heck耦合反应后的溶液中加入甲醇沉析并过滤，将过滤得到的固体依次用甲醇和正己烷进行抽提，将经过抽提后的固体用氯仿抽提，收集氯仿溶液后蒸发溶剂得到纯化后的含并噻唑单元的聚合物P。

在优选的实施例中，所述抽提采用索氏提取器进行。

一种太阳能电池器件，所述活性层的材质为具有如下结构式的含并噻唑单元的聚合物P：

其中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基，n为10～50的整数。

上述含并噻唑单元的聚合物由于在结构中引入了咔唑，该含并噻唑单元的聚合物，由于在结构中引入了咔唑，咔唑是一个优良的空穴传输单元，在聚合物中引入咔唑可以使聚合物得空穴迁移率提高。咔唑单元和并噻唑单元之间形成给-受体结构，且在并噻唑上连接两个噻吩均有利于降低聚合物的带隙，使吸收光谱红移从而更好地与太阳光谱匹配。同时噻唑包含一个吸电子亚胺基团，使得聚合物表现出较高的空穴迁移率，噻唑上连接烷基链可以增加共聚物的溶解性能，其制备方法简单易大规模生产，将上述含并噻唑单元的聚合物应用于太阳能电池能大幅度提高能量转换效率。

【附图说明】