[发明专利]一种噻吩并吡咯二酮基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领域，尤其涉及一种噻吩并吡咯二酮基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。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。

发明内容

本发明的目的一在于提供一种能量转换效率高的噻吩并吡咯二酮基共聚物。

一种具有下述结构式(I)的噻吩并吡咯二酮基共聚物：

式中，R₁、R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为10～100的整数。

本发明的另一目的在于提供上述噻吩并吡咯二酮基共聚物的制备方法，包括如下步骤：

S1、分别提供如下结构式表示的化合物A和化合物B，

A：B：其中，所述化合物A中，R₁为C₁～C₂₀的烷基；所述化合物B中，R₂为C₁～C₂₀的烷基；

S2、在无氧环境下，将所述化合物A和化合物B按照摩尔比1∶1加入量，添加入含有催化剂和碱溶液的有机溶剂中，充分溶解后于70～130℃下进行Suzuki耦合反应12～96h后，降温后停止聚合反应，得到具有下述结构式(I)的所述噻吩并吡咯二酮基共聚物：

式中，n为10-100的整数。

在上述噻吩并吡咯二酮基共聚物的制备方法，所述步骤S2中：

所述催化剂为有机钯，所述有机钯选自双三苯基膦二氯化钯或四三苯基膦钯，所述有机钯与所述化合物A的摩尔比为1∶20～1∶100；或者

所述催化剂也可以为有机钯(如，三二亚苄基丙酮二钯)和有机磷配体(如，三叔丁基膦)的混合物，该混合物中，所述有机钯与所述化合物A的摩尔比为1∶20～1∶100，所述有机钯和有机磷配体的摩尔比为1∶4～8；

所述有机溶剂选自甲苯、N，N-二甲基甲酰胺及四氢呋喃中的至少一种；

所述碱溶液选自碳酸钠溶液、碳酸钾溶液及碳酸氢钠溶液中的至少一种。

优选地，上述噻吩并吡咯二酮基共聚物的制备方法的所述步骤S2中：

噻吩并吡咯二酮基共聚物的制备方法，所述Suzuki耦合反应温度为80～110℃；所述Suzuki耦合反应时间为24～72h。

本发明的又一目的在于提供上述噻吩并吡咯二酮基共聚物在有机太阳能电池活性层中的应用。

本发明提供的噻吩并吡咯二酮基共聚物，有易修饰的光物理性质，通过调节其烷基链长度，从而可以调节聚合物的溶解性能及光电性能；噻吩并吡咯二酮具有简单、对称、极性结构，当其与其他单体聚合后有利于电子离域，它还具有较强的吸电子效应导致HOMO和LUMO能级降低，这样有利于开路电压的提高。该性能可以提高太阳能的能量转换效率，从而解决聚合物太阳能电池低效率问题。

另外，在上述异靛基共聚物的制备方法中，采用了较简单的合成路线，从而减少工艺流程，材料价廉易得，降低制造成本，且制得的材料结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良。

附图说明

图1为本发明含噻吩并吡咯二酮基共聚物的制备工艺流程图；

图2为实施例1制备的共聚物的能量效果转换效率曲线图；

图3为实施例7的有机太阳能电池结构示意图。

具体实施方式