[发明专利]一种聚合物太阳能电池光活性层用长波吸收共聚物给体材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物太阳能电池光活性层用共聚物给体材料及其制备方法。

背景技术

随着人类对能源需求的不断增加，能源问题成为当今社会面临的重要问题之一。由于传统化石燃料的非可再生性以及人们使用化石燃料造成的大量环境污染，开发一种新型的可再生能量成为研究的重点和热点。人们一直在寻找可再生、清洁的的能源替代化石等非可再生能源。太阳能占地球总能量99％以上，一般可认为是取之不尽，用之不竭的，并且无污染，因而成为各国科学家竞相开发和利用的研究对象之一。基于光生伏打效应的太阳能电池是开发利用太阳能最为有效的方法。

对于太阳能的诸多利用方式，直接将太阳辐射能转化为电能的太阳能电池被认为是最好利用方式之一。最早研究的太阳能电池是无机材料太阳能电池，早在19世纪50年代，Bell实验室就开始研制晶体硅太阳能电池，当时的能量转换效率达到6％左右。目前，太阳能电池研究工作主要集中在硅基太阳能电池，最高转化效率达到24％，已经接近理论上限30％。虽然目前无机太阳能电池产量每年都快速增长，但是其总量占总能量消耗的比例依然不高。这主要由于无机太阳能电池制作成本高、制备条件苛刻等原因，同时无机太阳能电池携带不方便、非柔韧性和不易加工等缺点限制了其大规模的应用。有机聚合物太阳电池，由于其具有材料来源广泛、质量轻、制备工艺简单、可大面积制备、器件柔性等优点引起人们的广泛关注，从1986年首个有机太阳电池问世到现在，有机聚合物太阳能电池的能量转换效率达到了8％以上。

决定PSCs性能好坏的关键是PSCs光活性层用给体材料。目前，研究最热的光活性层给体材料包括聚苯乙烯撑类、聚噻吩类和窄带隙给-受体型(D-A)共聚物类。其中，聚苯乙烯撑类和聚噻吩类给体材料最主要的缺点在于其自身有限的光吸收能力，而难以商业化。而窄带隙D-A共聚物给体材料因其在可见光区域有较好的吸收光能力而受到重视。另外，该给体材料还拥有较低的带隙和较强的分子内电荷转移(ICT)能力，但其也存在合成条件苛刻、共轭程度低和溶解性能差等缺点。为此合成宽吸收，溶解性好的低能隙聚合物具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物太阳能电池器件光活性层用D-A型共聚物给体材料。而且本发明还提供了该聚合物材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚合物太阳能电池器件光活性层用D-A型共聚物给体材料材料，其特征在于该聚合物的结构式为：

其中：R1为C4～C12烷基，R2为C2～C8烷基，R3为C4～C10烷基。n＝8～100。

上述聚合物太阳能电池器件光活性层用D-A型共聚物材料的制备方法如下：

(1)准确称量双(2-三甲基锡烷基联噻吩)-N-三烷氧基苯基双噻吩并吡咯单体和二溴-苯并[1,2-C；4,5-C]双[1,2,5]-噻二唑单体，溶解于极性溶剂中倒入微波反应瓶中，加入催化剂，向微波反应瓶鼓入惰性气，迅速封盖，移入微波反应器，在一定条件下微波聚合，反应结束，冷却后，倒入大量甲醇，抽滤、真空干燥得聚合物即为太阳能电池器件光活性层用D-A型共聚物给体材料。

(2)反应原料加入量为：双(2-三甲基锡烷基联噻吩)-N-三烷氧基苯基双噻吩并吡咯单体(0.2～2mmol)，二溴-苯并[1,2-C；4,5-C]双[1,2,5]-噻二唑单体(0.2～2mmol)，单体比例为1：1。

(3)所用极性溶剂为甲苯，氯苯，甲醇，N,N-二甲基甲酰胺中的一种溶剂或两种混合溶剂，混合物比例为1:10～20:1。

(4)所用催化剂为二(三-叔-丁基膦)钯，四三苯基膦钯，1,1'-双(二苯基膦)二茂铁钯，双三苯基磷二氯化钯，四氯化钯二铵，二(乙酰丙酮)三苯基膦钯中的一种，添加量为反应物的0.1～2mol％。

(5)鼓入惰性气体为氮气或氩气，鼓入时间为10～30min。

(6)所用微波聚合反应条件为100～200℃温度下，微波反应10～80min。

采用上述方法制备的共聚物给体材料经凝胶渗透色谱进行表征，重均分子量为4100～40000，分子量分布1.1～5.5；聚合物带隙较窄，带隙在1.2～2.8eV；紫外及激发光谱测得聚合物吸收光范围在300～1100nm之间，具有较宽的吸收光范围；聚合物具有优良的溶解性能和成膜性。