[发明专利]含三苯胺-噻吩结构的有机太阳能电池材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于有机光电材料领域，涉及一种新型有机太阳能电池材料的制备，特别涉及一种含三苯胺-噻吩结构的有机太阳能电池材料及其合成方法。

背景技术

随着全球能源需求量的逐年增加，传统能源如煤、石油、天然气的储量日趋减少，对可再生能源的有效利用成为亟待解决的问题。占地球总能量99%以上的太阳能,具有取之不尽,用之不竭,没有污染的特点,因而成为各国科学家开发和利用的新能源之一。尤其是用有机半导体材料制作的太阳能电池，由于有机化合物的种类繁多,有机分子的化学结构容易修饰,化合物的制备提纯加工简便,可以制成大面积的柔性薄膜器件,拥有未来成本上的优势以及资源的广泛分布，引起人们广泛关注。

太阳能电池的工作原理如下：当光子入射到光敏材料时,激发材料内部产生电子和空穴对,在多种因素导致的静电势能作用下分离,然后被接触电极收集。电子移向负极,空穴移向正极。这样外电路就有电流通过。光电导的基本过程包括:(1)光激发;(2)载流子的生成;(3)载流子的迁移。

有机半导体吸收光子产生电子空穴对(激子),激子的结合能大约为0.2～1.0eV,高于相应的无机半导体激发产生的电子空穴对的结合能,所以电子空穴对不会自动解离形成自由移动的电子和空穴,需要电场驱动电子空穴对进行解离。两种具有不同电子亲和能和电离势的材料相接触,接触界面处产生接触电势差,可以驱动电子空穴对解离。但单纯由一种纯有机化合物夹在两层金属电极之间制成的肖特基电池效率很低,后来将p型半导体材料(电子给体(Donor),以下简记为D)和n型半导体材料(电子受体(Acceptor),以下简记为A)复合,发现两种材料的界面电子空穴对的解离非常有效,光激发单元的发光复合、退活过程有效地得到抑制,导致高效的电荷分离。

传统的D-A型复合材料主要有双层膜体系、共混膜体系和层压膜体系，但需通过物理复合手段获得的微相分离的互渗双连续网络结构,这种结构对复合膜的形态非常敏感,制成的膜存在着一定的结构上的缺陷,有时会出现两相分离的区域,从而降低了电荷分离效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种含三苯胺-噻吩结构的有机太阳能电池材料及其合成方法，该电池材料有着较宽的吸收光谱和较强的光谱吸收能力，同时有着良好的成膜性能和溶解性，有利于提高光电器件的光电流，从而提高器件的光电转换效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

含三苯胺-噻吩结构的有机太阳能电池材料，结构通式如式(Ⅰ)所示：

其中L为含有三苯胺-噻吩结构的D-A体系，选自下列结构中的一种：

R为具有π共轭结构的桥联单元，分别选自下列R1-R5结构中的任意结构：

所述的含三苯胺-噻吩结构的有机太阳能电池材料具有(Ⅰ-a)～(Ⅰ-i)的结构中的一种：

所述的含三苯胺-噻吩结构的有机太阳能电池材料的合成方法，包括以下步骤，步骤中所包含的产物编号在发明内容中均有具体对应物质；反应中所涉及溶剂均为反应介质，其用量均已能将反应物质完全溶解为最低标准；冰乙酸用量为溶剂体积的1%：

步骤一：合成具有π共轭结构的桥联单元；