[发明专利]二氟代苯并三唑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

本发明涉及有机半导体材料领域，尤其涉及一种二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料。本发明还涉及该二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料的制备和应用。

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

本发明的目的之一在于提供一种能量转换率较高的二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料。

一种二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料，具有下述结构式(I)：

式中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基；n为10～50的整数。

本发明的另一目的在于提供上述二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料的制备方法，其步骤：

将结构式为的化合物A  与结构式为的化合物B按照摩尔比为1∶1的比例加入含有催化剂的有机溶剂中，充分溶解后于70～130℃下进行Heck耦合反应24～96h，随后降温停止耦合反应，制得具有下述结构式(I)的所述二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料：

上述结构式中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基；n为10～50的整数。

二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料的制备方法中：

催化剂选自四三苯基膦钯或双三苯基磷二氯化钯，且催化剂的摩尔量与化合物A的摩尔量之比为1∶20～1∶100；所述催化剂也可以为醋酸钯与三邻甲苯基膦的混合物，且该混合物中，醋酸钯的摩尔量与所述化合物A的摩尔量之比为1∶20～1∶100，三邻甲苯基膦的摩尔量为醋酸钯的摩尔量的4～8倍；

所述有机溶剂选自甲苯、氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺。

二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料的制备方法中，优选，Heck耦合反应中，反应温度为90～120℃，反应时间为48～72h。

本发明的又一目的在于提供二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料在有机太阳能电池中的应用。

本发明的二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料中，咔唑是一个优良的空穴传输单元；氟取代的1，2，3-苯并三唑有两个强吸电子的亚胺基，是一个有强吸电子性能的杂环化合物，同时苯并三唑上的N-H键能够容易用其他烷基等官能性基团修饰来调节溶解性和光电性能，更值得关注的是，由于氟原子半径较小，被引入到含苯并三唑的聚合物中未增加任何空间位阻；另外，根据密度泛函数理论计算预测增加两个氟原子的1，2，3-苯并三唑聚合物HOMO能级将降低0.11eV；由于HOMO能级降低有利于提高太阳能电池的开路电压(V_oc)，V_oc与能量转换效率成正比。

另，上述二氟代苯并三唑基共聚物的制备方法，采用了较简单的合成路线，从而减少工艺流程，原材料价廉易得，使得制造成本降低；且值得的聚合材料结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良，可适用于太阳能电池。

附图说明

图1为本发明二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料的制备工艺流程图；

图2为实施例1的太阳能电池材料的能量转换效率曲线图；

图3为实施例7的有机太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的二氟代苯并三唑基共聚物太阳能电池材料，其具有下述结构式(I)：