[发明专利]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

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。在不同类型的太阳能电池中，有机太阳能电池(例如聚合物太阳能电池)因其具有重量轻、成本低以及可以制成柔性大面积器件等突出优点，成为太阳能电池中重要的一类。

纵观聚合物太阳能电池的发展史，不难发现现在高效率聚合物太阳能电池中的聚合物材料的分子结构绝大部分都是由分子内给体(D)和分子内受体(A)组成的异质结结构。且该聚合物材料通常为含有非定域电子的共轭聚合物。

然而，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，电性能还不够稳定。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，提供了一种噻吩类聚合物，其中噻吩类聚合物具有如式Ⅰ所示的分子结构，式Ⅰ如下：

式Ⅰ中，n＝5～500；R₁和R₂分别独立地选自由氢原子和C1～C30的烷基所组成的组；A为未取代的或取代的亚乙烯基、亚乙炔基、单环亚芳基、双环亚芳基、多环亚芳基、单环杂亚芳基、双环杂亚芳基、多环杂亚芳基或2～6个亚芳基依次通过单键连接的所形成的基团。

进一步地，上述噻吩类聚合物中所述A的结构为如下的结构之一：

其中，R₃为氢原子、C1～C20的烷基或C1～C20的烷氧基。

进一步地，上述噻吩类聚合物中所述A的结构为如下的结构之一：

进一步地，上述噻吩类聚合物具有如式Ⅱ所示的分子结构，式Ⅱ如下：

进一步地，上述噻吩类聚合物的数均分子量为1×10³～1×10⁶，优选为3×10³～5×10⁵，更优选为2×10⁴～2×10⁵。

根据本发明的另一方面，提供了一种噻吩类聚合物的制备方法，其中，噻吩类聚合物是通过将单体B和单体C进行聚合反应得到；单体B具有如式Ⅲ所示的分子结构，单体C具有如式Ⅳ所示的分子结构，式Ⅲ和式Ⅳ如下：

式Ⅲ和式Ⅳ中，X和Y中的一个为硼酸基团、硼酸酯基团、卤化锌基团、卤化镁基团或三烷基锡基团，另外一个为卤族原子；

式Ⅲ中，R₁和R₂分别独立地选自由氢原子和C1～C30的烷基所组成的组；A为亚乙烯基、亚乙炔基、单环亚芳基、双环亚芳基、多环亚芳基、单环杂亚芳基、双环杂亚芳基、多环杂亚芳基或2～6个亚芳基依次通过单键连接所形成的基团。

进一步地，上述单体B是通过将单体B1和单体B2进行聚合反应得到单体B3后，再将单体B3与单体B4反应后得到；单体B1具有如式Ⅴ所示的分子结构，单体B2具有如式Ⅵ所示的分子结构，单体B3具有如式Ⅶ所示的分子结构，式Ⅴ、式Ⅵ和式Ⅶ如下：

式Ⅵ和式Ⅶ中，R₁和R₂分别独立地选自由氢原子和C1～C30的烷基所组成的组；

单体B4为硼酸、硼酸酯、卤化锌、卤化镁、三烷基卤化锡或卤化氢。

进一步地，上述单体B1是通过将2-溴噻吩进行偶联反应得到。

根据本发明的另一方面，还提供了一种半导体组合物，包括给体材料和受体材料，其中给体材料为上述的噻吩类聚合物。