[发明专利]一种大分子及其制备方法以及一种有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种大分子及其制备方法以及一种有机太阳能电池。

背景技术

进入20世纪以来，随着经济的快速发展人们对能源需求日益增长，能源问题已经成为当今世界面临的一个重要问题。传统化石能源的紧缺和其带来的环境污染使得寻找价格低廉的清洁能源变得非常重要，太阳能电池直接吸收光将太阳能转换成电能，对环境污染小，作为新型清洁能源备受人们的青睐。

有机太阳能电池(organic photovoltaic cells)与传统硅太阳能电池相比，因其可利用现代有机化工大规模生产，且该电池可折叠，轻便且成本低廉而倍受关注，有很大潜质成为下一代太阳能电池的主流；目前公开的有机太阳能电池结构普遍是由空穴传输层、活性层、电子传输层构成，其中对于光电转换效率最为重要的部分为活性层，活性层的材料主要是由给体和受体组成。但是，目前公开的有机太阳能电池普遍存在光电转换效率低、性能不稳定、使用寿命短等问题，针对这些问题，研究人员们发现了许多提高有机太阳能电池效率和寿命稳定性方法。如公开号为CN 105143102 A的专利公开了一种富勒烯衍生物、使用富勒烯衍生物的有机太阳能电池及其制造方法，该专利中公开的电池由基材、设置在基材上的第一电极、面对第一电极的第二电极、在第一电极和第二电极间的包含光活性层的有机材料层和在第一电极与光活性层之间的空穴传输层，其具体结构见图6，图6为现有公开的有机太阳能电池的结构示意图。

该专利中的光活性层包含电子供体材料和电子受体材料，其中受体材料包含富勒烯衍生物。由于使用的富勒烯衍生物LUMO能级为-3.4eV 至-5eV，具有此范围的LUMO能级的富勒烯衍生物施加电场时可有效改善电流迁移率且该富勒烯衍生物可具有呈薄膜形状的膜形式，使制作更加高效、经济，且其电子供体材料和电子受体材料形成本体异质结增大给受体接触面积。且该发明中的富勒烯衍生物具有优质的溶解度，使其在制造有机太阳能电池时可使用低温溶液法，即使在塑料基地上也可以容易地形成薄膜，成本较经济。但是该电池使用的富勒烯衍生物结构多种多样，制备步骤繁琐，制备条件相对苛刻，成本较高；而且得到的电池的光电转化效率低；又如公开号为CN 105705610 A的专利公开了一种名称为一种具有端杂芳基氰基亚乙烯基的化合物及其在有机太阳能电池中的应用专利，该方案采用具有端杂芳基氰基亚乙烯基的不同化合物作为光活性层材料的给体或受体，与至少一种作为电子受体材料的富勒烯化合物组合构成光活性材料。其中，其通过使电子给体材料和电子受体材料形成混合本体异质结和双层本体异质结，降低开路电压的损失。将太阳能电池设置为倒置叠层电池，使各组件的开路电压加和，有效提高了光电转化效率。但是，目前公开的的有机太阳能电池的转化效率仍然较低。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种大分子及其制备方法以及一种太阳能电池，本发明提供的大分子作为有机太阳能电池的活性层材料，使得得到的有机太阳能电池的光电转换效率大大提高。

本发明提供了一种大分子，通过将电子给体和电子受体连接在同一个笼型倍半硅氧烷上得到；

其中，所述笼型倍半硅氧烷为六齐聚倍半硅氧烷、八齐聚倍半硅氧烷、十齐聚倍半硅氧烷和十二齐聚倍半硅氧烷中的一种或几种。

优选的，所述笼型倍半硅氧烷为未取代的六齐聚倍半硅氧烷、取代的六齐聚倍半硅氧烷、未取代的八齐聚倍半硅氧烷、取代的八齐聚倍半硅氧烷、未取代的十齐聚倍半硅氧烷、取代的十齐聚倍半硅氧烷、未取代的十二齐聚倍半硅氧烷和取代的十二齐聚倍半硅氧烷中的一种或几种；

所述取代的六齐聚倍半硅氧烷、取代的八齐聚倍半硅氧烷、取代的十齐聚倍半硅氧烷、取代的十二齐聚倍半硅氧烷中的取代基独立的选自 C1～C5的烷基、C2～C5的烯基、C6～C30的芳基，。

优选的，所述取代的六齐聚倍半硅氧烷、取代的八齐聚倍半硅氧烷、取代的十齐聚倍半硅氧烷、取代的十二齐聚倍半硅氧烷中的取代基独立的选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、氯甲基、氯乙基、乙烯基、氯乙烯基、丙烯基、苯基、邻甲苯基、间甲基苯或乙基苯。

优选的，所述电子给体为金属酞菁化合物、亚酞菁、噻吩类化合物、聚合噻吩衍生物、共轭聚合物和多环含氮杂环化合物中的一种或几种。

优选的，所述电子给体为式(D-1)、式(D-2)、式(D-3)、式(D-4)、式(D-5)、式(D-6)和式(D-7)中的一种或几种，