[发明专利]二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池材料领域，尤其涉及一种二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料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。目前用于地面的硅晶电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低电池成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。有机半导体材料以其原料易得、廉价、制备工艺简单、环境稳定性好、有良好的光伏效应等优点备受关注。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S Sariciftci,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，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体材料的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，有机半导体相对较低的载流子迁移率以及较低的载流子的电极收集效率等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，进而大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种光转化效率较高的二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料。

为实现上述目的，本发明提供的二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料，其结构如式如下：

式中，R为C₁～C₂₀的烷基，n为10-100的整数。

本发明的另一目的在于提供一种合成路线简单、材料价廉易得的二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

式中，R为C₁～C₂₀的烷基；

在无氧环境下，将摩尔比为1:1～1.2的化合物A和B添加入含有催化剂的有机溶剂中溶解，溶解后得到的混合溶液于70～130℃下进行Stille耦合反应6～60小时，停止反应并冷却到室温，分离提纯反应液，得到如下结构式所述二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料：

式中，R为C₁～C₂₀的烷基，n为10-100的整数。

其中，所述催化剂为双三苯基膦二氯化钯或四三苯基膦钯；或者，

所述催化剂为有机钯与有机膦配体的混合物，所述有机钯与有机膦配体的摩尔比为1:4～8；优选，所述有机钯为醋酸钯或三二氩苄基丙酮二钯，所述有机膦配体为三(邻甲基苯基)膦或者2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯；更有选，所述混合物为醋酸钯与三邻甲苯基膦的混合物，或者所述混合物为三二氩苄基丙酮二钯与2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯的混合物。

所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

在优选的实施例中，有机溶剂选自溶剂为甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

在优选的实施例中，Stille耦合反应的反应温度为90～120℃，反应时间为24～48小时。

在优选的实施例中，所述分离提纯反应液包括：

Stille耦合反应停止后，向反应液中加入甲醇沉析，通过索氏提取器过滤反应液之后依次用甲醇和正己烷抽提。然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到红色粉末，收集后在真空下50℃干燥24h，即得所述二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料。

所述制备方法中，无氧环境由氩气、氮气中的至少一种气体构成。

上述制备方法原理简单，操作简便，对设备要求低，可广泛推广应用。

本发明的又一目的在于提供上述二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料在有机太阳能电池活化层领域中的应用。

本发明的所述的二噻吩乙烯基共聚物太阳能电池材料中，二噻吩乙烯是D-A型聚合物光伏材料中一种高效的电子受体单元，通过引入二噻吩能够降低聚合物的带隙，从而拓宽吸收光谱；环戊烷并二噻吩具有易修饰的光物理性质，其共聚合物显示出了优良的光伏性能；将二噻吩乙烯基共聚物应用于太阳能电池中，可以提高有机太阳能电池光转化效率。

在上述二噻吩乙烯基共聚物的制备方法中，采用较简单的合成路线，从而减少工艺流程，材料价廉易得，降低制造成本。该材料结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良。该共聚物可适用于太阳能电池器件。

附图说明