含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物及其制备方法与聚合物太阳能电池技术

本发明专利技术公开了一种含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，为具有如下通式的化合物P，式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基，n为10~100的整数。本发明专利技术还公开了该共聚物的制备方法以及以该共聚物作为聚合物太阳能电池中的活性层的电子给体材料的聚合物太能阳电池。本发明专利技术含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物光谱吸收范围宽、带隙小、光吸收能力强、光化学性质稳定，可以解决现有聚合物太阳能电池光电转换效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电材料
，特别是涉及含苯并噻二唑-二苯并噻吩苯并二噻吩共聚物及其制备方法与器件。
技术介绍
聚合物太阳能电池是继无机半导体太阳能电池之后光伏发电领域的另一新发现。与传统的无机硅太阳能电池相比，聚合物太阳能电池柔韧性好，可卷曲折叠，而且制作工艺简单，原料易得，成本低，制备过程中也不会产生有毒物质，因而近年来受到了广泛的关注。太阳能电池对太阳光的利用是影响能量转换效率的一个重要的因素，其中活性层是太阳能电池中吸收利用太阳光的主要结构，但是由于目前的聚合物太阳能电池大多以聚3-己基噻吩和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯复合材料（表示为P3HT/PCBM）作为活性层的材质，其吸收光谱与太阳光谱不能很好地匹配，导致活性层对太阳光的利用能力不高，太阳能电池的能量转换效率低下，极大地限制了聚合物太阳能电池的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种含苯并噻二唑-二苯并噻吩苯并二噻吩共聚物，该共聚物具有光吸收能力强、光化学稳定性的优点，可用作聚合物太阳能电池的活性层材料，提高聚合物太阳能电池的光电转换效率。本专利技术还提供了该共聚物的制备方法以及由该共聚物作为聚合物太阳能电池中的活性层电子给体材料的聚合物太阳能电池。第一方面，本专利技术提供了一种含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，为具有如下通式化合物P：式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基，n为10～100的整数。优选地，所述n为20~30之间的整数。本专利技术所述含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的结构中既有含萘并二噻吩类单元，又有吡咯并吡咯二酮类单元。含萘并二噻吩具有易修饰的光物理性质，其共聚合物显示出了优良的光伏性能；吡咯并吡咯二酮（表示为DPP）可以通过N原子上进行烷基链的修饰，当增加连接到DPP的3,6位的噻吩的长度时，吸收范围变宽，同时带隙也变小，因而该共聚物具有光吸收能力强、光化学稳定性的优点，非常适合用作光伏材料。第二方面，本专利技术提供了一种含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的制备方法，包括如下步骤：分别提供如下结构式表示的化合物A和化合物B：式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基；在无氧环境下，将摩尔比为1：1～1.2的所述化合物A和所述化合物B溶于有机溶剂中，加入催化剂，在70～130℃下进行Stille耦合反应6～60小时，分离提纯，得到含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，所述共聚物为具有如下通式的化合物P：式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基，n为10～100的整数。优选地，所述有机溶剂选自甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。其中，所述催化剂为有机钯或有机钯与有机膦配体的混合物。优选地，所述有机钯与有机膦配体的混合物中，有机钯与有机膦配体的摩尔比为1:4～8。优选地，所述有机钯为双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯醋酸钯与三邻甲苯基膦混合物、醋酸钯与三邻甲苯基膦混合物、或三二氩苄基丙酮二钯与2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯混合物。优选地，所述有机钯与所述化合物A的摩尔比为1:20～100。优选地，所述Stille耦合反应，反应温度为90～120℃，反应时间为12～48小时。其中，所述分离提纯的操作为：Stille耦合反应结束后，往反应液中加入甲醇进行沉析并过滤，将过滤得到的固体依次用甲醇和正己烷进行抽提，然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干，得到红色粉末，在真空下50℃干燥24h，得到纯净的含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物。优选地，所述n为20~30之间的整数。本专利技术所述制备方法工艺简单，原料简单易得，生产成本低，产率高，条件温和，制得的含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良。第三方面，本专利技术提供了一种聚合物太阳能电池器件，包括依次层叠的衬底、阳极、缓冲层、活性层和阴极，所述活性层包括电子给体材料和电子受体材料，所述活性层电子给体材料为上述含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物。本专利技术所述聚合物太能阳电池，以本专利技术第一方面所述的含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物作为聚合物太阳能电池中的活性层的电子给体材料，该材料光谱吸收范围宽、带隙小、光吸收能力强、光化学性质稳定，可以解决现有聚合物太阳能电池光电转换效率低的问题。本专利技术提供的含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物及其制备方法与聚合物太阳能电池，具有如下有益效果：（1）含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的结构中既有含萘并二噻吩类单元，又有吡咯并吡咯二酮类单元，光谱吸收范围宽、带隙小、光吸收能力强、光化学性质稳定，非常适合用作光伏材料；（2）制备方法工艺简单，原料简单易得，生产成本低，制得的含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良；（3）以含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物作为聚合物太阳能电池中的活性层电子给体材料，解决了现有聚合物太阳能电池光电转换效率低的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一制备的含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的紫外可见吸收光谱图；图2是以本专利技术实施例六制备的聚合物太阳能电池器件的结构示意图，图中，60聚合物太阳能电池器件、61衬底、62阳极、63缓冲层、64活性层、65阴极。具体实施方式下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。一种含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，为具有如下通式的化合物P：式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基，n为10~100的整数。实施例一一种含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的制备方法，包括如下步骤：（1）分别提供2,7-二三甲基锡-4,9-二(正辛氧基)萘并二噻吩（即化合物A1）和3,6-双(5-溴-2-噻吩基)-2,5-二氢-2,5-二正辛基吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮（即化合物B1）；其中化合物A1为市售，化合物B1按照参考文献（Adv.Funct.Mater.,2009,19,3063）公开的方法合成，化合物A1与化合物B1的结构式如下：（2）在氩气保护下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，其特征在于，为具有如下通式的化合物P：式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基，n为10~100的整数。

【技术特征摘要】
1.一种含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，其特征在于，为具有如下
通式的化合物P：
式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基，n为10~100的整数。
2.一种含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的制备方法，其特征在于，
包括如下步骤：
分别提供如下结构式表示的化合物A和化合物B：
式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基；
在无氧环境下，将摩尔比为1：1～1.2的所述化合物A和所述化合物B溶
于有机溶剂中，加入催化剂，在70～130℃下进行Stille耦合反应6～60小时，
分离提纯，得到含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物，所述共聚物为具有如
下通式的化合物P：
式中，R1，R2独立地为C1~C20的烷基，n为10～100的整数。
3.如权利要求2所述含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的制备方法，
其特征在于，所述催化剂为有机钯或有机钯与有机膦配体的混合物。
4.如权利要求2所述含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的制备方法，
其特征在于，所述有机钯与所述化合物A的摩尔比为1:20～100。
5.如权利要求2所述含萘并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的制备方法，
其特征在于，所述有机钯为双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯醋酸钯与三邻
甲苯基膦混合物、醋酸钯与三邻甲苯基膦混合物、或三...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，王平，张振华，钟铁涛，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44