[发明专利]含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料及其制备方法和太阳能电池器件

说明书

【技术领域】

本发明涉及光电领域，尤其涉及一种含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料及其制备方法和使用该含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料的太阳能电池器件。

【背景技术】

本体异质结太阳能电池因为其低成本，重量轻，制备工艺简单和可制备成大面积柔性器件等优点而引起广泛关注。基于共轭聚合物给体，富勒烯衍生物受体的聚合物太阳能电池的最高能量转换效率达到了9.2%。虽然可溶液加工的有机小分子太阳能电池的最高能量转换效率仍然低于相应的聚合物，但是其明确的分子结构，确定的分子量和高纯度等优点使得基于小分子的有机太阳能电池成为新的研究热点。

目前，但相对于有机聚合物太阳能电池而言，有机小分子太阳能电池仍然存在很多不足之处。调节分子的吸收性质、能级结构以及载流子迁移率等，因而成为一类极具发展潜力的有机小分子太阳能电池材料，要实现这些目标，需要研制更多的新型共轭分子材料，其中，设计合成新型共轭单元就显得十分重要。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能量转化效率较高的含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料。

此外，还有必要提供一种含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料的制备方法。

此外，还有必要提供使用含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料的太阳能电池器件。

一种含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料，具有如下结构式：

其中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基烷基。

一种含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料的制备方法，包括如下步骤：

提供如下结构式表示的化合物A和化合物B，

A为：B为：其中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基；

在无氧环境中，将摩尔比为1:2～1:2.4的化合物A和化合物B添加入含有催化剂中，在70℃～130℃进行Stille耦合反应6小时～24小时，所述催化剂为有机钯或为有机钯与有机磷配体的混合物，得到如下结构式表示的含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料：

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。

所述有机钯为双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯、醋酸钯或三二亚苄基丙酮二钯，所述有机膦配体为三叔丁基膦、三邻甲苯基膦或2-双环己基磷-2’,6’-二甲氧基联苯，所述有机钯与所述有机膦配体的摩尔比为1:4～1:8。

所述催化剂中的有机钯与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

所述Stille耦合反应的反应温度为90℃～110℃，反应时间为8小时～16小时。

还包括将含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料进行分离纯化的步骤，所述分离纯化步骤如下：向所述化合物A和化合物B进行Stille耦合反应后的溶液中加入二氯甲烷进行萃取，合并有机相干燥后，将过滤得到的固体采用石油醚和乙酸乙酯混合物作为淋洗液进行硅胶层析分离，真空干燥后得到纯化后的含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料。

一种太阳能电池器件，包括活性层层，所述活性层包括电子给体材料及电子受体材料，所述电子受体材料为[6,6]苯基-C₆₁-丁酸甲酯或者[6,6]苯基-C₇₁-丁酸甲酯，所述电子给体材料具有如下结构式的含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料：

其中，R₁为C₁～C₂₀的烷基，R₂为C₁～C₂₀的烷基。

所述电子受体材料与所述电子给体材料的摩尔比为1:1～3:1。

上述含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料为给体-受体型共轭单体，它具有较高的空穴迁移率，高的开路电压，较好的溶解性能和成膜性能，进而解决太阳能电池器件低效率问题。

上述含二噻吩并吡咯单元的有机半导体材料的制备方法，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器件。

【附图说明】

图1为一实施方式的太阳能电池器件的结构示意图；