[发明专利]含联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，尤其涉及一种含联噻唑单元的聚合物及其制备方法和使用该含联噻唑单元的聚合物的太阳能电池器件。

【背景技术】

能源问题是世界各国十分关注的重大问题。太阳能是未来人类最理想的替代能源，将太阳能转换为电能的太阳能电池也是研究的热点。近年来兴起的共轭聚合物薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单、可制备成柔性器件等突出优点。此外，有机材料种类繁多、可设计性强，有希望通过材料的设计和优化来提高太阳能电池的性能。

含有联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，因此含有联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，现有的含有联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，降低了对太阳能光谱中光子的吸收率，从而使得使用含有联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联噻唑单元的聚合物。

此外，还有必要提供一种含联噻唑单元的聚合物的制备方法。

此外，还有必要提供一种使用该含联噻唑单元的聚合物的太阳能电池器件。

一种含联噻唑单元的聚合物，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。

一种含联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有机钯与有机磷配体的混合物，得到如下结构式表示的含联噻唑单元的聚合物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，所述有机溶剂选自甲苯、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，所述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、三对甲苯基膦或2-双环己基磷-2’，6’-二甲氧基联苯。

在优选的实施例中，所述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，所述Heck耦合反应的反应温度为70℃～130℃，反应时间为24小时～96小时。

在优选的实施例中，所述Heck耦合反应的反应温度为90℃～120℃。

在优选的实施例中，还包括将含联噻唑单元的聚合物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联噻唑单元的聚合物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，包括活性层，所述活性层的材质为具有如下结构式的含联噻唑单元的聚合物P：

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

上述含联噻唑单元的聚合物，由于在结构中引入了三苯胺单元，三苯胺单元具有优良的电子传输性，并且三苯胺含氮杂芳环常常作为缺电子中心是电子给体单元，噻唑和三苯胺作重复单元后，它们之间形成推拉电子的结构，增强π电子的离域性，达到吸收光谱红移、降低聚合物带隙的目的，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，将上述含联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。