[发明专利]含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，特别是涉及含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物及其制备方法与应用。

背景技术

制备成本低、效能高的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前已商业化的硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，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具有优越的市场前景。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S Sariciftci,L.Smilowitz,A.J.Heeger,et al.Science,1992,258,1474）上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。

但是目前目前聚合物太阳能电池的能量转换效率仍然比硅太阳能电池低，限制性能提高的主要制约因素有：聚合物太阳能电池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。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物，将亚烷基芴及其衍生物和二噻吩并吡咯类单体进行共聚后，得到的聚合物能增加载流子的传输性能，有利于载流子在活性层材料内部进行更为有效地传递；并且增加光谱的吸收范围，提高载流子迁移率的传输速度和效率，进而提高光电转换效率。

本发明的目的还在于提供含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物的制备方法及应用。

第一方面，本发明提供了一种含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物，为如下结构式所示的化合物P；

式中，R₁，R₂独立地为C₄~C₄₀的烷基，n为10~00之间的整数。

R₁，R₂两个烷基链有助于实现含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物在特定有机溶剂中的可溶解性。

优选地，所述R₁，R₂独立地为辛烷基，十二烷基或2-乙基己烷基。

本发明提供的含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物是将亚烷基芴及其衍生物和二噻吩并吡咯类单体进行共聚后，得到的聚合物；亚烷基芴中的9位上是sp²杂化的碳原子，它与普通的sp³杂化的烷基芴相比，有更好的共轭平面性。用它来作为有机光伏材料的主链结构，能增强聚合物固体材料的π-π堆叠，有利于增加载流子的传输性能，从而提高光电转换效率。二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡咯具有完全平面的晶体结构——它的结构单元中的两个噻吩环在同一个平面上。这种结构可以有效延长聚合物的共轭性能，降低聚合物的带宽。并且这种共平面结构使得载流子在两个主链之间转移变得更加容易，从而增加了载流子迁移率。

本发明将亚烷基芴及其衍生物和二噻吩并吡咯类单体进行共聚后，得到的聚合物光伏材料能增加载流子的传输性能，有利于载流子在活性层材料内部进行更为有效地传递，并且增加光谱的吸收范围。该共聚物与电子受体材料制成光伏器件经过退火后，能有效增加分子内各基团和分子链段间排列的有序性和规整度，提高载流子迁移率的传输速度和效率，进而提高光电转换效率；同时含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物有优异的光电性能、热稳定性，且可溶于有机溶剂。

第二方面，本发明提供了含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物的制备方法，包括以下操作步骤：

分别提供如下结构式表示的化合物A和化合物B：

在惰性气体氛围中，将摩尔比为1∶1的所述化合物A和所述化合物B中加入催化剂，然后加入碱性溶液与有机溶剂，将化合物A、化合物B、催化剂、碱性溶液和有机溶剂形成的混合溶液在60~100℃条件下进行Suzuki耦合反应24~72小时，反应结束后，制得结构式如下的含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物，即化合物P，所述含亚烷基芴与二噻吩并吡咯共聚物的结构式如下：

式中，R₁，R₂独立地为C₄~C₄₀的烷基，n为10~100之间的整数。

优选地，所述催化剂为四三苯基膦钯。