[发明专利]含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池材料技术领域，特别是涉及一种含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物及其制备方法和应用。

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。传统的硅太阳能电池虽然具有较高的效能，但是其生产工艺复杂、成本高，限制了其进一步应用。为了降低太阳能电池的生产成本，拓展其应用范围，人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。

共聚物太阳能电池因原料价格低廉、质量轻、柔性好、生产工艺简单、可大面积柔性制备等优点而备受关注。但是共聚物太阳能电池的光电转换效率比硅太阳能电池低很多，如果能够将共聚物太阳能电池光电转换效率提高到接近商品硅太阳能电池的水平，其市场前景将是非常巨大的。

人们在共聚物太阳能电池方面投入了大量研究，研究表明共聚物太阳能电池未来面临的挑战之一就是合成新型的共聚物材料，而共聚物材料需要具备以下特点：（a）良好的溶解性，有利于溶剂加工，实现工业化生产；(b)对整个太阳光光谱有宽而强的吸收；(c)高的载流子迁移率，有利于载流子传输。其中，如何拓宽共聚物材料的光吸收范围，使其光吸收范围最大程度地覆盖整个太阳光光谱对提高共聚物太阳能电池的光电转换效率至关重要。

发明内容

基于此，有必要提供一种光吸收范围宽的含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物。

一种含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物，具有如下结构式：

其中，n为1~100的整数；

R₁、R₂及R₃为C₁~C₂₀的烷基。

上述含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物具有很多优点，首先，富电子的给体单元二噻吩吡咯与缺电子的受体单元苯并二(苯并硒二唑)，形成给体-受体结构，具有很强的“推-拉电子”的相互作用，一方面提高了共聚物的稳定性；一方面降低了共聚物的能隙，可以使其吸收带向红外及近红外低能波段移动，拓宽含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物的光吸收范围，而且还可以提高载流子的迁移率。其次，苯并硒二唑单元具有优异的还原可逆性，而且苯并硒二唑单元中的硒原子的半径较大，能增强共聚物链之间的分子重叠，很容易形成强的聚集状态而使共聚物具有较高的载流子迁移率；同时苯并硒二唑易通过引入烷基提高共聚物的溶解性和分子量，有利于成膜加工。而且二噻吩吡咯具有三个五元环结构，具有窄的带隙、强的共轭性质、适中的能带隙，较宽的光谱响应，较好的热稳定性和成膜性能。因此，上述含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物具有光吸收范围宽、载流子迁移率高、稳定性好、成膜性能好等特性。

一种含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物的制备方法，包括如下步骤：

提供化合物A和化合物B，化合物A的结构式为：

化合物B的结构式为：

其中，R₁、R₂及R₃为C₁~C₂₀的烷基；

在保护气体氛围下，将化合物A和化合物B按照摩尔比为1:1.5~1.5:1的比例在催化剂和有机溶剂存在的条件下进行Stille偶合反应，其中，反应温度为50~120℃，反应时间为6~100小时，分离纯化后得到具有以下结构式的含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物，

其中，n为1~100的整数。

在其中一个实施例中，所述催化剂为Pd₂(dba)₃、Pd(PPh₃)₄或Pd(PPh₃)₂Cl₂，所述催化剂的摩尔量为所述化合物B的摩尔量的0.05%~20%；所述有机溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、苯或甲苯；

所述分离纯化的步骤为：

往反应体系中加入甲苯及去离子水进行萃取，取有机相，用减压蒸馏的方法除去所述有机相的至少部分溶剂，再将所述有机相滴入到无水甲醇中沉析，抽滤、烘干后得到固体粉末，再将所述固体粉末用氯仿溶解，用中性氧化铝层析柱除去催化剂，最后除去氯仿，甲醇沉降，抽滤，所得固体用丙酮索氏提取器提取三天，甲醇沉降，抽滤，真空泵下抽过夜得到提纯后的含二噻吩吡咯和苯并二(苯并硒二唑)单元的共聚物。