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

【背景技术】

自1977年日本科学家白川英树发现聚乙炔导电以来，这种被称为“第四代高分子”材料的导电聚合物以其突出的光电性能吸引了众多科学家进行研究。导电高分子同具有相同或相近用途的无机材料相比，具有密度低，易加工，合成选择范围广等优点。由于这类材料结构的共轭特性，使它能传输电荷，受激发光，从而能够或潜在可能在许多电子或光电子器件上得到应用，例如包括聚合物发光二极管，光伏打电池，场效应等。潜在的应用前景和广泛的应用领域促使科学家竞相研究这类具有光电活性的共轭材料，包括共轭结构小分子，以及聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚芴等。

研究人员一直在努力寻求改善和提高聚合物发光二极管、光伏打电池、场效应性能的方法，材料是最重要的因素之一。所以许多研究小组一直致力于开发具有高量子效率，色纯度好，长期稳定性好的发光聚合物，以及可见光范围吸收波段宽、载流子迁移率高的聚合物。要实现这些目标，需要研制更多的新型共轭分子材料和聚合物材料，其中，设计合成新型共轭单元就显得十分重要。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能量转化效率较高的含咔唑单元的聚合物。

此外，还有必要提供一种含咔唑单元的聚合物的制备方法。

此外，还有必要提供使用含咔唑单元的聚合物的太阳能电池器件。

一种含咔唑单元的聚合物，具有如下结构式：

其中，R为C₁～C₂₀的烷基，n为10～100的整数。

一种含咔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，R为C₁～C₂₀的烷基；

在无氧环境中，将摩尔比为1:1～1:1.2的化合物A和化合物B添加入含有催化剂和碱溶液的有机溶剂中，在70℃～130℃进行Suzuki耦合反应12小时～96小时，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咔唑单元的聚合物P：

其中，n为10～100的整数。

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、醋酸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（邻甲氧基苯基）膦或2-双环己基磷-2’,6’-二甲氧基联苯，所述有机钯与所述有机膦配体的摩尔比为1:4～1:8。

所述催化剂中的有机钯与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

所述Suzuki耦合反应的反应温度为90℃～120℃，反应时间为24小时～72小时。

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。

所述碱溶液中的溶质与化合物A的摩尔比为20:1～50:1。

还包括将含咔唑单元的聚合物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Suzuki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咔唑单元的聚合物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，所述活性层包括电子给体材料及电子受体材料，所述电子受体材料为（6,6）苯基-C₆₁-丁酸甲酯，所述电子给体材料具有如下结构式的含咔唑单元的聚合物P：

其中，R为C₁～C₂₀的烷基，n为10～100的整数。

上述含咔唑基聚合物为给体-受体型共轭聚合物，它具有较高的空穴迁移率，高的开路电压，较好的溶解性能和成膜性能，在300nm～700nm范围内具有较宽的吸收范围，是一种性能良好的聚合物发光材料，进而解决太阳能电池器件低效率问题。

上述含咔唑单元的聚合物的制备方法，采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，可适用于太阳能电池器件。

【附图说明】

图1为一实施方式的含咔唑单元的聚合物的制备方法的流程图；