[发明专利]聚合物及其制备方法、有机聚合物太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，尤其涉及聚合物及其制备方法、有机聚合物太阳能电池。

背景技术

与传统的硅太阳能电池相比，有机聚合物太阳能电池由于具有质量轻、成本低、可大面积加工和制备柔性器件等优势而备受人们的关注。

有机聚合物太阳能电池通常由正、负电极及其间具有光活性的薄层所组成，光活性薄层一般是由给体（D）和受体（A）组成的体异质结（BHJ）结构。目前使用的受体材料主要有CdSe、n-型聚合物和C60及其衍生物PCBM，其中以PCBM使用的最多。BHJ型太阳能电池的正负极分别为铟锡氧化物（ITO）和具有较低功能函数的金属，位于两个电极之间的光活性涂层由共轭聚合物与PCBM混合而成。当光透过透明的ITO照射到共轭聚合物分子上时，如果光子能量大于聚合物的带隙时就会激发出激子，激子向D/A界面移动，在D/A能级差的驱动下激子在界面上分离，电子会转移到受体PCBM的LUMO轨道上，而空穴则会仍然停留在共轭化合物的HOMO轨道。然后电子和空穴沿着各自的通道传输到电极并被电极收集，从而产生光电流和光电压。

对于有机太阳能电池来说，其共同的特点就是界面对于激子的产生和分离起着至关重要的作用。激子依靠电场和化学势梯度得以分离，同时依靠界面电场来降低电荷的重新结合速率，因此，界面性质影响到激子的扩散距离及其在界面的分离，即在有机材料中的电荷传输和在于金属接触处的电荷传递。在有机太阳能电池中，界面性质主要取决于组成光活性涂层的聚合物材料的结构，聚合物材料的化学结构是影响电池性能的首要因素。

对太阳光谱的低利用率和共轭聚合物的低电荷载体迁移率是造成目前电池效率较低的主要原因，由于现有共轭化合物的吸收带比较窄，从而不能有效利用太阳光谱，也同时造成共轭聚合物的空穴迁移率比较低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚合物及其制备方法、有机聚合物太阳能电池，该聚合物光谱吸收范围较宽。

本发明提供了一种聚合物，如式（I）或式（II）所示：

其中，R₁为烷基；R₂为烷基；X为H或氟原子；n为聚合度。

优选的，所述R₁为C4～C22的直链烷基或C4～C22的支链烷基。

优选的，所述R₂为C10～C22的直链烷基或C12～C40的支链烷基。

优选的，所述n为5～100的整数。

本发明还提供了一种聚合物的制备方法，包括以下步骤：

在惰性气体保护的条件下，将具有式（III-1）结构的化合物与具有式（IV）结构的化合物混合在催化剂及辅助配体作用下，进行反应，得到式（I）所示的聚合物；

或在惰性气体保护的条件下，将具有式（III-2）结构的化合物与具有式（IV）结构的化合物混合在催化剂及辅助配体作用下，进行反应，得到式（II）所示的聚合物；

其中，R₁为烷基；R₂为烷基；X为H或氟原子；n为聚合度。

优选的，所述催化剂为三（二亚苄基丙酮）二钯。

优选的，所述催化剂与具有式（IV）结构的化合物的摩尔比为（0.01～0.1）：1。

优选的，所述辅助配体为三（邻甲基苯基）膦。

优选的，所述辅助配体与具有式（IV）结构的化合物的摩尔比为（0.1～0.5）：1。

本发明还提供了一种有机聚合物太阳能电池，光活性涂层包括式（I）或式（II）所示的聚合物。

本发明提供了一种聚合物及其制备方法、有机聚合物太阳能电池，该聚合物如式（I）或式（II）所示，其中，R₁为烷基；R₂为烷基；X为H或氟原子；n为聚合度。与现有共轭聚合物相比，本发明式（I）或式（II）所示的聚合物以二噻吩并咔唑的稠环单元为给体，该稠环单元重组能小，π电子离域性好，将其引入共轭化合物中可有效降低聚合物的重组能，延长聚合物的共轭长度，从而可以提高聚合物的迁移率和减少聚合物的光学带隙，光学带隙的降低可使聚合物的吸收带红移，使其吸收光谱与太阳光谱更匹配，此类聚合物不仅可扩大聚合物的光谱吸收范围，还可提高空穴迁移率；以氟代异靛蓝为受体，可降低聚合物的HOMO能级，提高聚合物太阳能电池的开路电压。