[发明专利]一种蒽醌基共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池材料领域，尤其涉及一种蒽醌基共聚物及其制备方法和应用。

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。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，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体材料的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，有机半导体相对较低的载流子迁移率以及较低的载流子的电极收集效率等。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，进而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

本发明所要解决的问题在于提供一种光转换效率较高的蒽醌基共聚物。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的蒽醌基共聚物，其结构如式所示：

式中，R₁、R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为15～92的整数。

本发明还提供一种上述所述蒽醌基共聚物的制备方法，包括如下步骤：

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

在无氧环境下，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溶解后，于70～130℃下进行Suzuki耦合反应12～96小时，停止反应并冷却到室温，分离提纯反应液，即得如下结构式表示的所述蒽醌基共聚物：

其中，R₁、R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为15～92的整数。

所述蒽醌基共聚物的制备方法中，所述催化剂为双三苯基膦二氯化钯或四三苯基膦钯；或者所述催化剂为摩尔比为1:4～8的有机钯与有机膦配体的混合物，且所述有机钯为醋酸钯或三二氩苄基丙酮二钯，所述有机膦配体为三(邻甲基苯基)膦或2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯；所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

所述蒽醌基共聚物的制备方法中，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，且碱溶液中，碱溶质与化合物A的摩尔比为20:1。

所述蒽醌基共聚物的制备方法中，所述有机溶剂选自甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

所述蒽醌基共聚物的制备方法中，Suzuki耦合反应，优选反应温度为90～120℃，反应时间为24～72小时。

所述蒽醌基共聚物的制备方法中，所述无氧环境优选氮气、氩气中的一种或两种组成的无氧环境。

所述蒽醌基共聚物的制备方法中，分离提纯反应液包括：

反应停止后，向反应液中加入甲醇进行沉析，接着通过索氏提取器过滤沉析后的反应液之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿为溶剂再次抽提，收集氯仿溶液并旋干，得到红色粉末，收集后的红色粉末在真空下50℃干燥24h，得到所述蒽醌基共聚物。

本发明还提供上述蒽醌基共聚物在有机太阳能电池器件活化层中作为电子给体材料的应用。

本发明的蒽醌基（AQ）共聚物中，蒽醌基团含有醌式结构，它具有优异的荧光性质和良好的电化学性能，苯环上通过烷氧基修饰提高了聚合物的溶解性能和成膜性能；菲是一种具有大平面刚性结构的化合物，它具有较高的热稳定性和荧光量子产率。将上述蒽醌基共聚物应用于太阳能电池中，可以提高有机太阳能电池的光转换率。

上述蒽醌基（AQ）共聚物的制备方法，采用较简单的合成路线，从而减少工艺流程，材料价廉易得，降低制造成本。该材料结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良，吸收范围宽；该聚合物可适用于太阳能电池器件，且能量转换效率得到提高。

附图说明

图1为实施例1制得的蒽醌基共聚物的紫外可见吸收光谱图；

图2为实施例6的有机太阳能电池结构示意图。