[发明专利]一种苯并二噻吩与联噻唑共聚物及其制备方法和包含其的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池材料领域，具体涉及一种苯并二噻吩与联噻唑共聚物及其制备方法和包含其的太阳能电池。

背景技术

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。有机半导体材料以其原料易得、价格低廉、工艺简单、稳定性强、光伏效应良好等优点备受关注。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE(N.SSariciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，et al.Science，1992，258，1474)上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，有机聚合物太阳能电池逐渐成为研究的热点。近年来这方面的研究取得了飞速的发展，但是有机聚合物太阳能电池仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。为了使有机聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发具有较高能量转换效率的新型材料仍是这一领域的首要任务。

开发较高能量转换效率的聚合物太阳能电池材料首先要考虑的因素是：(1)共轭聚合物在太阳光下有较宽的吸收范围(300～700nm)；(2)有较窄的光学带隙(1.5～1.9eV)，以保证在可见光区具有高吸光系数；(3)给体材料和受体材料电子能级相匹配：一方面给体材料有相对低的HOMO能级，以实现高的开路电压；另一方面，给受体间的LUMO能级差足够大，以保证激子电荷的分离；(4)具有良好的空穴迁移率。同时，高纯度、良好的溶解性能和易于加工、好的成膜性和高热稳定性等也是聚合物太阳能电池工业化的重要因素。

具有富电子效应的苯并二噻吩(BDT)单元，具有良好的平面性和良好的热稳定性，适合用于有机太阳能电池领域。有报道显示，已有科学家研发出基于BDT单元的一系列共聚物，最高能量转换效率超过7％[Chen H-Y等.Polymer solar cells with enhanced open-circuit voltage and efficiency.Nat Photon，2009，3：649-653；Liang YY等.For the bright future——Bulk heterojunction polymer solar cells with power conversion efficiency of 7.4％.Adv Mater，2010，22：E135-E138]，显示出这类材料优异的光伏性能。但是这类基于BDT单元的一系列共聚物仍存在着空穴迁移率较低以及溶解性能较差等缺点，导致该聚合物太阳能电池转换效率低且不利于工业化生产。

发明内容

针对现有的聚合物太阳能电池转换效率低且不利于工业化生产的问题，本发明提供一种苯并二噻吩与联噻唑共聚物，所述共聚物可用作太阳能电池材料。本发明还提供该共聚物的制备方法以及包含该共聚物的太阳能电池。所述制备方法采用的原材料价廉易得，合成路线简单。

一方面，本发明提供了一种式(I)的苯并二噻吩与联噻唑共聚物：

其中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为10～100的整数。

在优选的实施方案中，R₁与R₂相同或不同，分别选自CH₃、C₈H₁₇或C₂₀H₄₁。

第二方面，本发明提供了一种苯并二噻吩与联噻唑共聚物式(I)的制备方法，包括如下步骤：

步骤一分别提供如下结构式表示的化合物A和化合物B，

其中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基；

步骤二在无氧环境下，将化合物A和化合物B加入至含有催化剂的有机溶剂中，化合物A和化合物B摩尔比为1∶1～1.2，加热进行Stille偶合反应，降至室温后终止反应，向所得溶液中加入甲醇沉析，通过索氏提取器提取之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后用氯仿抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干，得到红色粉末，收集所得红色粉末真空干燥后即得式(I)所示共聚物

其中，n为10～100的整数。

其中，所述催化剂为有机钯，或者有机钯与有机膦配体的混合物。

在优选的实施方案中，有机钯为双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯或者三二亚苄基丙酮二钯。