[发明专利]一种含咔唑基的聚合物及其制备方法和有机太阳能电池器件

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料领域，尤其涉及一种含咔唑基的聚合物及其制备方法。本发明还涉及一种使用该含咔唑基的聚合物作为活化层电子给体材料的有机太阳能电池器件。

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。有机半导体材料以其原料易得、价格低廉、工艺简单、稳定性强、光伏效应良好等优点备受关注。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，有机聚合物太阳能电池逐渐成为研究的热点。近年来这方面的研究取得了飞速的发展，但是有机聚合物太阳能电池仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。为了使有机聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发具有较高能量转换效率的新型材料仍是这一领域的首要任务。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种转化效率高的含咔唑基的聚合物。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种含咔唑基的聚合物，其结构通式如下：

式中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为15-90的整数

本发明实施例的另一目的在于提供一种含咔唑基的聚合物的制备方法，包括如下步骤:

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

A：即9-烷基-2,7-二频哪醇硼酸酯咔唑；

B：即5,8-二(5-溴噻吩-2-基)-2,3-二(3-(烷氧基)苯基)-6,7-二氢喹喔啉；

在无氧环境（优选氩气、氮气中的至少一种气体组成的无氧环境）下，将摩尔比为1:1～1.2的化合物A和B添加入含有催化剂和碱溶液的有机溶剂中溶解后，于70～130℃下进行Suzuki耦合反应12～96小时，降温后停止聚合反应，经分离提纯反应液，得到如下结构通式的所述含咔唑基的聚合物：

式中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为15-90的整数。

其中，所述催化剂为所述催化剂为双三苯基膦二氯化钯，四三苯基膦钯；或者

所述催化剂为摩尔比为1:4～8的醋酸钯与三邻甲苯基膦混合物，或者摩尔比为1:4～8的三二氩苄基丙酮二钯与2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯混合物；

所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

在优选的实施例中，所述碱溶液选自碳酸钠溶液、碳酸钾溶液及碳酸氢钠溶液中的至少一种；所述碱溶液中，碱溶质与所述化合物A的摩尔比为20:1。

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

在优选的实施例中，Suzuki耦合反应是在90～120℃下、反应24～72小时。

在优选的实施例中，分离提纯反应液包括步骤：

向反应液中加入甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到粉末，收集后的粉末再在真空下50℃干燥24h后，得到所述含咔唑基的聚合物。

本发明还提供一种有机太阳能电池器件，其活化层的电子给体材料采用如下结构式的含咔唑基的聚合物：

式中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为15-90的整数。

本发明的含咔唑基的聚合物中，较大的吸电子喹喔啉基是一个重要的电子受体单元，通过烷氧苯基修饰后具有带隙较窄及对太阳光有较高的吸收系数和较宽的吸收范围等优点;咔唑（Cz）也是一种良好的空穴传输单元，具有优良的光热氧化稳定性，N上易于烷基修饰，从而改善聚合物的溶解性能和成膜性能。将喹喔啉与Cz通过Suzuki偶联方法共聚制备的聚合物可以提高有机太阳能电池器件的光转换效率。

上述含咔唑基的聚合物的制备方法，用了较简单的合成路线，从而减少工艺流程，原材料价廉易得，使得制造成本降低；且值得的聚合材料结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良，吸收范围宽，且能量转换效率得到提高。

附图说明