噻吩類聚合物、其制備方法、包括其的半導體組合物及應(yīng)用其的太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種噻吩類聚合物、其制備方法、包括其的半導體組合物及應(yīng)用其的太陽能電池。該噻吩類聚合物的分子結(jié)構(gòu)如式Ⅰ所示：式Ⅰ中，n＝5～500；R1和R2分別獨立地選自由氫原子和C1～C30的烷基所組成的組；A為未取代的或取代的亞乙烯基、亞乙炔基、單環(huán)亞芳基、雙環(huán)亞芳基、多環(huán)亞芳基、單環(huán)雜亞芳基、雙環(huán)雜亞芳基、多環(huán)雜亞芳基或2～6個亞芳基依次通過單鍵連接所形成的基團。該噻吩類聚合物向環(huán)戊并二噻吩單元中引入硅原子。相比其他原子，采用硅原子形成的環(huán)戊并二噻吩單元具有更好的平面性。這能提高共軛聚合物分子之間的π-π堆積性，使分子間具有更高共軛π重疊程度。從而使聚合物材料具有較高的載流子遷移率。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚合物太陽能電池領(lǐng)域，具體而言，涉及一種噻吩類聚合物、其制備方 法、包括其的半導體組合物及應(yīng)用其的太陽能電池。 噻吩類聚合物、其制備方法、包括其的半導體組合物及應(yīng)用 其的太陽能電池

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源。在石化能源日益枯竭、環(huán)境污染日漸嚴 重的今天，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換成電能的太陽能電池成為了各國尤為關(guān)注的研究熱點。在不 同類型的太陽能電池中，有機太陽能電池（例如聚合物太陽能電池）因其具有重量輕、成本 低以及可以制成柔性大面積器件等突出優(yōu)點，成為太陽能電池中重要的一類。
[0003] 縱觀聚合物太陽能電池的發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在高效率聚合物太陽能電池中的聚 合物材料的分子結(jié)構(gòu)絕大部分都是由分子內(nèi)給體（D)和分子內(nèi)受體（A)組成的異質(zhì)結(jié)結(jié) 構(gòu)。且該聚合物材料通常為含有非定域電子的共軛聚合物。
[0004] 然而，相對于無機半導體太陽能電池，聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率還不夠 高，電性能還不夠穩(wěn)定。通過化學家和材料學家長期的研究結(jié)果表明，制約聚合物太陽能 電池光電轉(zhuǎn)換效率的主要因素包括：電池的光譜響應(yīng)范圍與太陽光對地面的輻射光譜不匹 配、載流子的遷移率不高及電極對載流子的收集效率低等。而作為聚合物太陽能電池的主 要組成部分，光活性層材料的改進，尤其是光活性層中的聚合物材料的性能改進是提高聚 合物太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要途徑。
[0005] 在此基礎(chǔ)上，為了滿足聚合物太陽能電池的使用要求，設(shè)計和開發(fā)新型的適用于 太陽能電池聚合物材料是非常重要和有意義的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種噻吩類聚合物、其制備方法、包括其的半導體組合物及應(yīng)用 其的太陽能電池，以提高聚合物的載流子遷移率，從而改善聚合物太陽能電池的使用性能。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種噻吩類聚合物，其中噻吩 類聚合物具有如式I所示的分子結(jié)構(gòu)，式I如下：
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種噻吩類聚合物，其特征在于，所述噻吩類聚合物具有如式I所示的分子結(jié)構(gòu)，所 述式I如下：
式I 式I中， η = 5 ?500 ; 札和R2分別獨立地選自由氫原子和C1?C30的烷基所組成的組；Α為未取代的或取代 的亞乙烯基、亞乙炔基、單環(huán)亞芳基、雙環(huán)亞芳基、多環(huán)亞芳基、單環(huán)雜亞芳基、雙環(huán)雜亞芳 基、多環(huán)雜亞芳基或2?6個亞芳基依次通過單鍵連接所形成的基團。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類聚合物，其特征在于，所述噻吩類聚合物中A的結(jié)構(gòu)為 如下的結(jié)構(gòu)之一：
其中，R3為氫原子、C1?C20的烷基或C1?C20的烷氧基。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的噻吩類聚合物，其特征在于，所述噻吩類聚合物中A的結(jié)構(gòu)為 如下的結(jié)構(gòu)之一：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的噻吩類聚合物，其特征在于，所述噻吩類聚合物具有如式II 所示的分子結(jié)構(gòu)，所述式II如下：
式π
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的噻吩類聚合物，其特征在于，所述噻吩類聚合物 的數(shù)均分子量為1X 1〇3?1X 1〇6,優(yōu)選為3 X 103?5 X 105,更優(yōu)選為2 X 104?2 X 105。
6. -種權(quán)利要求1至5中任一項所述的噻吩類聚合物的制備方法，其特征在于，所述噻 吩類聚合物是通過將單體Β和單體C進行聚合反應(yīng)得到；所述單體Β具有如式III所示的分 子結(jié)構(gòu)如，所述單體C具有如式IV所示的分子結(jié)構(gòu)，所述式III和式IV如下：
式III 式IV 式III和式IV中，X和Υ中的一個為硼酸基團、硼酸酯基團、鹵化鋅基團、鹵化鎂基團或三 烷基錫基團，另外一個為鹵族原子； 式III中，&和R2分別獨立地選自由氫原子和C1?C30的烷基所組成的組；式IV中，Α為 亞乙烯基、亞乙炔基、單環(huán)亞芳基、雙環(huán)亞芳基、多環(huán)亞芳基、單環(huán)雜亞芳基、雙環(huán)雜亞芳基、 多環(huán)雜亞芳基或通過單鍵連接2?6個亞芳基所形成的基團。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述單體B是通過將單體B1和單體 B2進行聚合反應(yīng)得到單體B3后，再將所述單體B3與單體B4反應(yīng)后得到；所述單體B1具 有如式V所示的分子結(jié)構(gòu)，所述單體B2具有如式VI所示的分子結(jié)構(gòu)，所述單體B3具有如式 W所示的分子結(jié)構(gòu)，所述式V、式VI和式W如下：
式V 式VI 式W 式VI和式W中，&和R2分別獨立地選自由氫原子和C1?C30的烷基所組成的組； 所述單體Μ為硼酸、硼酸酯、鹵化鋅、鹵化鎂、三烷基鹵化錫或鹵化氫。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述單體Β1是通過將2-溴噻吩進行 偶聯(lián)反應(yīng)得到。
9. 一種半導體組合物，包括給體材料和受體材料，其特征在于，所述給體材料為權(quán)利要 求1至5中任一項所述的噻吩類聚合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導體組合物，其特征在于，所述受體材料為富勒烯或富勒 烯化合物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體組合物，其特征在于，所述富勒烯為c6(l、cro或c8(l， 所述富勒烯化合物為[6, 6]-苯基C61 丁酸甲酯或含茚富勒烯。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的半導體組合物，其特征在于，所述半導體組合 物中所述給體材料與所述受體材料的質(zhì)量比為1:1?2。
13. -種太陽能電池，包括光活性層，其特征在于，所述光活性層的材料包括權(quán)利要求 1至5中任一項所述的噻吩類聚合物。
【文檔編號】C08K3/04GK104086753SQ201410210318
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】趙志國, 殷亮, 王一丹, 彭文博, 劉大為, 鄔俊波 申請人:中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司, 中國華能集團公司