[发明专利]一种基于1,2,4,5-四嗪的共轭聚合物及用于制备太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于1，2，4，5-四嗪单元的共轭聚合物及该共轭聚合物在制备体异质结太阳能电池中的应用。 

背景技术

随着煤、石油、天然气等传统能源的逐渐耗尽，人类迫切需求清洁的可再生能源。太阳能电池是将太阳能转换为电能的装置，是利用太阳能的有效方式之一。自1954年在美国贝尔实验室成功研制出来第一块单晶硅太阳能电池以来，开启了人类利用太阳能发电的一扇大门。1958年太阳能电池首先在航天器上得到应用。20世纪70年代初，太阳能电池开始在地面应用。但由于其制备工艺繁杂、成本高、对环境污染严重等，在一定程度上限制了基于硅材料的太阳能电池的更广泛应用。 

近年来，基于有机共轭聚合物的太阳能电池因其制备工艺简单(可通过旋涂、喷墨打印等方法成膜)，且具有可大面积成膜、重量轻、价格低、柔性等优点，而倍受人们的关注。有机太阳能电池的研究始于1959年，其结构为单晶蒽夹在两个电极之间，器件的开路电压为200mV，但光电转换效率很低。1986年，柯达公司的邓青云等报道了由电子给体酞氰铜和电子受体苝酐衍生物组成的双层异质结有机薄膜太阳能电池，器件在AM 2.0模拟太阳光75mW/cm²光电转换效率接近1％，这是有机光伏器件在效率方面取得的最早突破，奠定了有机光伏发展的基础。1995年于等提出有机半导体互穿网络“体异质结”的概念，利用共轭聚合物聚苯撑衍生物MEH-PPV(给体)和富勒烯衍生物PCBM(受体)的共混薄膜制备了体异质结有机光伏器件，其效率在430nm单色光照射下能量转换效率达到了2.9％。体异质结概念的提出及利用为有机光伏的进一步发展突破打下了良好的基础。 

由于一些性能优良的共轭聚合物太阳能电池材料的发现和器件结构的不断优化，有机聚合物太阳能电池的研究已经取得了突破性进展。目前有机聚合物太阳能电池能量转换效率已经超过了8.0％。共轭聚合物是有机聚合物太阳能电池的基础，因此设计合成综合性能优良的新型的共轭聚合物材料对于提高有机太阳 能电池效率具有非常重要的意义。近年来，勤恳的有机合成人员设计合成了无数的新型共轭聚合物，积累了丰富的经验和教训。窄带隙共轭聚合物是最有效的有机聚合物太阳能电池材料，它可以通过引入不同的构建基团，通过对共轭聚合物的共平面性、分子内电荷转移强度的调节，调节聚合物的吸收性质、能级结构、带隙以及载流子迁移率等(专利U.S.PUB.APP.NO.20090084444)。很多聚合物太阳能电池材料的报道是基于苯并噻二唑和噻吩并[3，4-b]噻吩为构建单元的共轭聚合物，但是由于其较高的分子最高占有轨道(HOMO)能级导致较低的开路电压(开路电压＜0.6V和在空气中较差的稳定性)，限制了其太阳能电池性能的进一步提高。因此开发具有低的分子最高占有轨道(高开路电压和高稳定性)、窄带隙、宽吸收、高载流子迁移率的聚合物太阳能电池材料是材料研究领域的重要任务。 

发明内容

本发明的目的是选择不同的构建单元与1，2，4，5-四嗪单元共聚，通过选择具有大的共轭结构、高共平面的桥联单元进一步调节共轭聚合物的带隙和迁移率，从而制备具有低的分子最高占有轨道(高开路电压和高稳定性)、窄带隙、宽吸收、高迁移率的共轭聚合物太阳能电池材料，并将此类共轭聚合物材料用于制备有机太阳能电池。使用本发明所述的材料，可以简化器件制备工艺，以适应器件的工业化批量生产需要。 

本发明所述的基于1，2，4，5-四嗪的共轭聚合物如通式(1)所示：