專利名稱：可交聯(lián)的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物及 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可交聯(lián)的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物及其在太陽能電池中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著全球能源需求量的逐年增加，能源問題成為世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展遇到的首要問題。太陽能是目前世界上可以開發(fā)的最大能源，而且潔凈無污，日益成為綠色能源的首選。 相比較于成本高、污染大的無機(jī)太陽能電池，聚合物太陽能電池成本低廉、光伏材料分子結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性、柔韌性好、制備工藝簡單、環(huán)境友好、輕便易攜，已成為近幾年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。但光電轉(zhuǎn)化效率較低一直是制約此類電池商業(yè)化的關(guān)鍵問題，而影響效率的主要因素包括有機(jī)半導(dǎo)體聚合物的吸收光譜與太陽光輻射光譜不匹配、活性層微觀形貌的有序性較差、器件的穩(wěn)定性差。針對以上問題，近年來人們開發(fā)出許多新的聚合物，尤其是窄帶隙D-A型共軛聚合物，人們可以通過改變親電子基團(tuán)在聚合物結(jié)構(gòu)中的比重，從而實(shí)現(xiàn) HOMO和LUMO能級位置的調(diào)制，進(jìn)而得到能級匹配且能帶寬度較小的聚合物材料，如P⑶T BT [Nature Photonics, 2009，3，297-302]、PFDCN [J. Am. Chem. Soc. , 2009，131， 13886-13887]、PSiF-DBT [Appl. Phys. Lett. , 2008，92，033307], PSB-TBT [J. Am. Chem. Soc., 2008，130，16144-16145]，此類型共軛聚合物能拓寬光吸收范圍，使聚合物材料的吸收光譜與太陽光的發(fā)射光譜更加匹配，吸光度提高。另外，人們在設(shè)計(jì)合成光敏層材料時(shí)，控制優(yōu)化其微觀形貌，增強(qiáng)其有序性，為載流子的形成與遷移提供良好的界面與通道，以利于電極對其的收集。但由于聚合物低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和活性層中組分間的不相容性，太陽輻射所產(chǎn)生的熱易導(dǎo)致器件性能降低，以這些窄帶隙共軛聚合物為光敏層的太陽能電池的使用壽命和穩(wěn)定性都有待進(jìn)一步研究和提高。此外，研究發(fā)現(xiàn)用含氟封端劑對共軛聚合物進(jìn)行末端功能化保護(hù)[Adv. Mater. 2010, 22，1355 - 1360]，能促使聚合物的表面能接近于PCBM表面能，達(dá)到聚合物與PCBM間的均勻分散，并能抑制PCBM過快聚集， 形成優(yōu)化的微觀相分離，從而提高活性層的空穴電子傳輸率。在研究過程中，我們在咔唑上引入可交聯(lián)單元，將其與雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑共聚，用含氟苯封端劑對其端基進(jìn)行功能化，得到一系列的D-A型窄帶隙液晶共軛聚合物。這種窄帶隙共軛聚合物的光吸收范圍寬，并具有液晶特性，其誘導(dǎo)作用增強(qiáng)活性層的有序性，提高載流子遷移效率及電極對載流子的收集效率?？山宦?lián)單元的引入可得到交聯(lián)的、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的活性層材料，提高器件的穩(wěn)定性和使用壽命。將這種結(jié)構(gòu)的共軛聚合物應(yīng)用于太陽能電池，到目前為止，國內(nèi)外并無相關(guān)文獻(xiàn)和專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種可交聯(lián)的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物及其在太陽能電池中的應(yīng)用。在咔唑上引入可交聯(lián)單元，將其與
權(quán)利要求
1. 一種可交聯(lián)的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物，其特征是具有以下結(jié)構(gòu)式K1S1式中代表給體，K1 R1表受體；η為聚合物主鏈單元的重復(fù)個(gè)數(shù)，為自然數(shù)1-100 ；式中，R1和&為相同或不同的帶有雙鍵、氧丁環(huán)、溴基中的一個(gè)或多個(gè)的側(cè)鏈； R3、R4、I 5、I 6為相同或不同的氫、碳原子數(shù)為1到20的直鏈或支化鏈的烷基、碳原子數(shù)為3到20的環(huán)烷基、碳原子數(shù)為1到20的直鏈或支化鏈的烷氧基，碳原子數(shù)為1到20的直鏈或支化鏈的烷氧苯基，或包含一個(gè)或多個(gè)芳香環(huán)的芳基；Ar1Jr2*含氟苯封端保護(hù)基團(tuán)；Ar1Jr2可以是相同或者不同的功能基團(tuán)，優(yōu)選為如下的功能基團(tuán)中的任意一個(gè)
2.權(quán)利要求1所述的液晶共軛聚合物，其特征是將所述的可交聯(lián)的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物用作太陽能電池的活性層，制備聚合物太陽能電池。
全文摘要
一種可交聯(lián)的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物及其在太陽能電池中的應(yīng)用，其特征是具有以下結(jié)構(gòu)式本發(fā)明共軛聚合物能有效降低聚合物HOMO能級，其吸收光譜與太陽能的發(fā)射光譜更加匹配，且具有液晶性，其誘導(dǎo)作用增強(qiáng)活性層的有序性，提高載流子遷移效率及電極對載流子的收集效率；活性層的空穴電子傳輸率高，能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)7.4%。另外，活性層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提高器件的穩(wěn)定性和使用壽命，40天之后的效率仍能達(dá)到7.2%。
文檔編號C08G61/12GK102391480SQ201110345488
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者張琳, 李璠, 諶烈, 陳義旺 申請人:南昌大學(xué)