一種新型的含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型的含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物材料的制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物，結(jié)構(gòu)如說明書附圖中圖1所示所示。其中n為大于等于4的整數(shù)。目前，具有給受體交替結(jié)構(gòu)主鏈的共軛聚合物是當(dāng)前研究的重點，含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物具有非常好的平面性，有利于聚合物鏈之間的π-π有序堆疊，聚合物鏈的有序堆疊有利于提高聚合物載流子遷移率。含蒽結(jié)構(gòu)的共軛聚合物在有機場效應(yīng)管和有機發(fā)光二級管中的應(yīng)用已經(jīng)有了一些研究。但是，在光伏材料的應(yīng)用中，含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物材料目前報道的還比較少見。
【專利說明】一種新型的含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物材料的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機太陽電池材料領(lǐng)域，特別涉及一種新型的含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物材料的制備。在全球正面臨能源危機的情況下，光電轉(zhuǎn)換技術(shù)被認為是最重要的可再生能源之一。其中，聚合物太陽電池具有廉價、質(zhì)輕、可大面積制備的優(yōu)點收到了廣泛的關(guān)注。獲得高光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素之一是開發(fā)性能優(yōu)異的電子給體材料。目前，最高的轉(zhuǎn)換效率已達10%。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管聚合物太陽電池的研究已經(jīng)取得了顯著的成果，但距離“雙10”目標(biāo)(即10%的光電轉(zhuǎn)換效率和10年使用壽命)仍然存在很大差距，盡管目前的最高光電轉(zhuǎn)換效率離10%的目標(biāo)已經(jīng)十分接近，但對于應(yīng)用價值，依然有許多問題等待解決，例如材料的合成應(yīng)盡可能的簡單并易于提純以具備大規(guī)模生產(chǎn)的可能性，同時材料的溶解性，穩(wěn)定性和可加工性等都有待環(huán)境檢驗。
[0003]有機共軛給體材料(包括共軛小分子和共軛聚合物)和富勒烯衍生物受體材料構(gòu)成了有機本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的主體。自本體異質(zhì)結(jié)的概念提出以來,越來越多的有機材料被合成出來并應(yīng)用于太陽能電池中，其實驗室能量轉(zhuǎn)換效率最高已經(jīng)達到9-11%。但是，有機共軛材料與無機硅材料相比，還存在著光電轉(zhuǎn)換效率低，器件穩(wěn)定性差、使用壽命短等問題，在太陽能電池的器件工作機理中還有很多問題有待深入研究，比如激子的擴散距離，載流子遷移率，以及相分離尺度的影響等等。
[0004]有機太陽能電池的主要性能參數(shù)包括光電轉(zhuǎn)換效率(PCE，n)，開路光電壓(Voc)，短路光電流(Isc) /短路光電流密度(Jsc)，填充因子(FF)，A射光子-電子轉(zhuǎn)換效率(IPCE)以及電池的壽命等。開路電壓的高低與最高未占有軌道(HOMO)能級密切相關(guān)，HOMO能級越低，開路電壓越高。通常，以芴和咔唑及他們的衍生物作為聚合物的構(gòu)建單元，能有效地降低HOMO能級，此類聚合物已經(jīng)得到了廣泛而深入的研究。然而，此類聚合物在降低HOMO能級的同時，擴大了電子能`隙，使聚合物的電子能隙很難低達1.74eV, 1.74eV對應(yīng)的吸收波長在700nm，是太陽光譜中能量最高的波段，只有能吸收該波長的光線，才能較為充分的利用太陽光，所以電子能隙低至1.74eV至關(guān)重要。
[0005]短路電流依賴于材料對太陽光的有效吸收，激子在材料兩相界面的有效分離以及電荷在兩相中快速的傳輸。經(jīng)過多年的深入研究，人們在材料的設(shè)計思路上形成了一些共識，總結(jié)如下:(I)具有較低的能隙(最佳值大概在1.5eV)，從而有效地吸收太陽光轉(zhuǎn)化為短路電流；(2)具有合適的HOMO和LUMO能級從而獲得較高開路電壓和較小的給受體LUMO能級差避免能量的損失；(3)較好的溶解性及與富勒烯衍生物的相容性以利于溶液法加工并能形成納米尺度優(yōu)化的形貌?；谝陨系乃悸?，多種窄帶隙的聚合物被設(shè)計合成出來并應(yīng)用在聚合物太陽能電池中。
[0006]含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物具有非常好的平面性，有利于聚合物鏈之間的J1-Ji有序堆疊，聚合物鏈的有序堆疊有利于提高聚合物載流子遷移率。但是，在光伏材料的應(yīng)用中，尤其是作為P型半導(dǎo)體，含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物的報道還比較少見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在制備一種新型的含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物材料的制備
[0008]本發(fā)明中PATBT結(jié)構(gòu)化合物的制備方法如下:
【權(quán)利要求】
1.一種新型的含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物材料。
2.權(quán)利要求1所述材料的方法，主要步驟是: 氮氣氣氛下，以甲苯和水為溶劑，將4，7- 二(5-溴噻吩-2-基)-5，6- 二(辛氧基)-[1，2,5]苯并噻二唑和 4，4，5，5_ 四甲基-2-(4-(10-(4-(4,4，5，5_ 四甲基-1，3，2-二氧雜硼烷-2-基)苯基)-2，3，6，7-四(辛氧基)蒽基-9-基)苯基)-1，3，2-二氧雜硼烷2，摩爾比為1: 1，在四(三苯基膦)鈀催化下在100-120°C溫度下反應(yīng)72小時，得到PATBT結(jié)構(gòu)的含蒽結(jié)構(gòu)窄帶隙共軛聚合物。
【文檔編號】C08G61/12GK103665332SQ201210322620
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月4日
【發(fā)明者】李翠紅, 龔雪, 薄志山 申請人:北京師范大學(xué)