[发明专利]苯并二噻吩类聚合物、其制备方法、包括其的半导体组合物及应用其的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物太阳能电池领域，具体而言，涉及一种苯并二噻吩类聚合物、其制备方法、包括其的半导体组合物及应用其的太阳能电池。 

背景技术

随着人类社会的发展，对能源的利用技术提出了越来越高的要求。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，在石化能源日益枯竭、环境污染日渐严重的今天，能够将太阳能转换成电能的太阳能电池成为了各国尤为关注的研究热点。 

按照使用的活性材料的不同，太阳能电池通常分为无机太阳能电池和有机太阳能电池。相对于已经基本成熟的无机太阳能电池而言，有机太阳能电池，特别是有机太阳能电池中的聚合物太阳能电池的优势在于其所采用的聚合物材料的分子结构具有多样性和可修饰性。通过改变聚合物分子的分子构成及元素成分，能够对其各方面性能进行调整，也就更有机会达到实际应用的要求。另外，聚合物材料的加工工艺比较简单，通常利用旋涂或印刷的方法就能够实现大面积制备。近年来已经有大量原先采用无机材料的应用领域转用了有机材料。但是，相对于无机半导体太阳能电池，聚合物太阳能电池的光电转换效率还不够高，电性能还不稳定。通过化学家和材料学家长期的研究结果表明，制约聚合物太阳能电池光电转换效率的主要因素包括：电池的光谱响应范围与太阳光对地面的辐射光谱不匹配、载流子的迁移率不高及电极对载流子的收集效率低等。而作为聚合物太阳能电池的主要组成部分，光活性层材料的改进，尤其是光活性层中的聚合物材料的性能改进是提高聚合物太阳能电池光电转换效率的重要途径。 

在此基础上，为了满足聚合物太阳能电池的使用要求，设计和开发新型的适用于太阳能电池聚合物材料是非常重要和有意义的。 

发明内容

本发明旨在提供一种苯并二噻吩类聚合物、其制备方法、包括其的半导体组合物及应用其的太阳能电池，以提高聚合物的载流子迁移率，从而改善聚合物太阳能电池的使用性能。 

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种苯并二噻吩类聚合物，其具有如式Ⅰ所示的分子结构，式Ⅰ如下： 

式Ⅰ中，m＝5～1000；A₁、A₂、A₃、B₁、B₂及B₃分别独立地选自由氢原子、C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基、氰基、硝基、酯基、带有四个以下取代基R_X的芳基、带有四个以下取代基R_X的杂芳基、带有四个以下取代基R_X的芳烷基、卤素原子、卤代烷基、杂烷基、烯基和炔基所组成的组；取代基R_X为氢原子、C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基、酯基、砜基或氟代烷基； 

K具有如式Ⅱ或式Ⅲ所示的结构；式Ⅱ和式Ⅲ所示的结构如下： 

式Ⅱ和式Ⅲ中，M为带有三个以下取代基R_Y的亚乙烯基、带有三个以下取代基R_Y的亚乙炔基、带有三个以下取代基R_Y的单环亚芳基、带有三个以下取代基R_Y的双环亚芳基、带有三个以下取代基R_Y的多环亚芳基、带有三个以下取代基R_Y的单环杂亚芳基、带有三个以下取代基R_Y的双环杂亚芳基或带有三个以下取代基R_Y的多环杂亚芳基；取代基R_Y为芳基、硝基、C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基或乙撑二氧基；R₁具有如式Ⅳ所示的结构；式Ⅳ所示的结构如下： 

式Ⅳ中，R₁中的R₂和R₃分别独立地选自由氢原子、C1～C30的烷基和C1～C30的烷氧基所组成的组。 

进一步地，上述苯并二噻吩类聚合物中M的结构为如下的结构之一： 

其中，R₄为氢原子、C1～C30的烷基或C1～C30的烷氧基。 

进一步地，上述苯并二噻吩类聚合物中M的结构为如下的结构之一： 

进一步地，上述苯并二噻吩类聚合物中A₁、A₂、A₃、B₁、B₂及B₃分别独立地选自如下的单体所形成的基团之一：