[发明专利]含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物及其制备方法和聚合物光伏器件

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物光伏器件领域，尤其涉及一种含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物及其制备方法和聚合物光伏器件。

背景技术

为了解决日益严重的能源危机和环境污染，开发绿色可再生能源迫在眉睫。太阳能作为一类重要的绿色清洁的可再生能源，吸引着科研工作者广泛的关注，并得到了突破性的发展。太阳能电池技术已经成为人们生产生活中不可或缺的组成部分。与无机半导体太阳能电池和有机薄膜太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有低成本、质量轻、柔韧性强等不可代替的优点，尤其是以共轭聚合物为电子给体，富勒烯衍生物为电子受体的“本体异质结”的聚合物太阳能电池，聚合物太阳能电池是有机光电材料研究的里程碑。

在不同种类电子给体的共轭聚合物中，以芳香式-醌式结构的窄带隙D-A型共轭聚合物的研究非常广泛，最常见的是由苯并[1，2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT)单体和噻吩并[3,4-b]噻吩(TT)单体聚合而成的聚合物。BDT单体是一个强的给电子单元，具有高度共轭、共面性强、位阻小，易合成等优点；TT单体具有芳香结构和醌式结构的共振性，当其引入吸电子取代基时，醌式结构得以稳定，使聚合物的带隙降低、吸收拓宽，且HOMO能级降低，使太阳能电池的开路电压(V_OC)提高、光电转换效率增加。从2009年至今，对于BDT-TT的聚合物已经有较多的报道，例如在BDT单体上引入二维的概念，在TT单体上引入氟原子等强吸电子基团，通过不断的结构的改变和器件制作工艺的优化，效率已经超过10％。

众所周知，太阳能电池的光电转换效率(PCE)与开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)和填充因子(FF)等参数密切相关。而在BDT-TT的聚合物体系中，由于聚合物的HOMO能级相对较高，使其开路电压(Voc)大多数低于0.8V，对于能量转换效率的提高造成了瓶颈。

发明内容

基于此，有必要提供一种能量转换效率较高的含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物。

此外，还提供一种含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物的制备方法及聚合物太阳能电池。

一种含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物，具有如下结构式：

其中，Ar为R₁为碳原子为4～20的直链或支链的烷基，R₂为碳原子为4～20的直链或支链的烷基，R₃为碳原子为4～20的直链或支链的烷基，0＜x≤1，0≤y＜1，n为大于或等于4的自然数。

在其中一个实施例中，所述x为1，所述y为0，所述含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物具有如下结构式：

在其中一个实施例中，所述x为0.75，所述y为0.25，所述含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物的结构式如下：

在其中一个实施例中，所述x为0.5，所述y为0.5，所述含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物的结构式如下：

在其中一个实施例中，所述x为0.25，所述y为0.75，所述含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物的结构式如下：

在其中一个实施例中，所述x为0.2，所述y为0.8，所述含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物的结构式如下：

在其中一个实施例中，所述x为0.1，所述y为0.9，所述含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物的结构式如下：

在其中一个实施例中，所述含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物的数均分子量为24000～98400，重均分子量为103300～348400，分散度为2.0～4.3。

一种含有氯取代噻吩并[3,4-b]噻吩类单元的共聚物的制备方法，包括如下步骤：