一种窄带隙有机太阳能电池材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种窄带隙有机太阳能电池材料及其制备方法，更具体来说是一种基于噻吩-苯并噻二唑p-n结构的新型窄带隙有机太阳能电池材料及其制备方法。该材料通过调节p型给电子基元噻吩和n型受电子基元苯并噻二唑的数量和含量，来精确调控目标材料的带隙，并在其烷基链进行修饰，实现其在极性溶剂中的溶解性和在有机光电领域中的应用。其结构如下式I所示：本发明专利技术中设计的材料通过Suzuki反应合成单体，合成工艺简单，易于量产，易于纯化。该类材料表现出良好的光谱热稳定性能和无定形成膜稳定性能，还具有比较窄的光学能隙，可以吸收更宽波谱范围内的太阳光，可以作为活性材料应用于有机太阳能电池器件。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，更具体来说是一种基于噻吩-苯并噻二唑p-n结构的新型窄带隙有机太阳能电池材料及其制备方法。该材料通过调节p型给电子基元噻吩和n型受电子基元苯并噻二唑的数量和含量，来精确调控目标材料的带隙，并在其烷基链进行修饰，实现其在极性溶剂中的溶解性和在有机光电领域中的应用。其结构如下式I所示：本专利技术中设计的材料通过Suzuki反应合成单体，合成工艺简单，易于量产，易于纯化。该类材料表现出良好的光谱热稳定性能和无定形成膜稳定性能，还具有比较窄的光学能隙，可以吸收更宽波谱范围内的太阳光，可以作为活性材料应用于有机太阳能电池器件。【专利说明】
本专利技术属光电材料与制备
，具体涉及一种有机太阳能光电转换材料，更具体来说是一种基于噻吩-苯并噻二唑p-n结构的新型窄带隙有机太阳能电池材料及其制备方法。该材料通过调节P型给电子基元噻吩和η型受电子基元苯并噻二唑的数量和含量，来精确调控目标材料的带隙，并在其烷基链进行极性官能团修饰，广泛应用于有机光电器件，特别是有机太阳能电池器件。
技术介绍
有机太阳能电池(Organic Photo Voltage, 0PV)是当前科学研究的热点前沿之一，该类器件具有柔韧性高、制作成本低以及可得到大面积均匀膜层等优点，因此它有望成为通信、建筑、交通、照明等领域的新型能源。有机太阳能电池产生电流的工作原理是基于半导体的光生伏打效应，当光子入射到光敏材料时，在材料内部产生电子和空穴对，在内建电场的作用下，电子和空穴被分开分别移向正极和负极，从而在外部回路产生电流。有机半导体材料被广泛认为是最为廉价和最具发展潜力的太阳能电池材料，其突出优势集中表现在以下几方面:(I)有机材料合成成本低，功能和结构易于调制，柔韧性及成膜性较好；(2)有机太阳能电池器件加工过程相对简单，可低温操作，器件制作成本低，适合于大规模推广应用。近年来为获得有机太阳能电池更高的能量转换效率，越来越多的活性层材料被设计合成出来，尤其是给体材料。噻吩类材料是有机太阳能电池器件中应用最广的给体材料，包括聚合物、小分子、寡聚物以及含有过渡金属的聚合物等。噻吩材料作为给体，C6tl或者衍生物作为受体是目前最好的有机太阳能电池体系，这类材料易于制备，可溶液加工，具有良好的热稳定性，以及优异的光电性质和载流子传输特性等，成为人们研究的热点。目前公开报道的有机太阳能器件中，最高光电转换效率的材料体系是由噻吩类给体与富勒烯衍生物受体构成的。如聚(3-己基噻吩)(P3HT)是目前研究最多的噻吩类衍生物材料，它可以作为给体材料广泛应用`于构建聚合物太阳能电池材料。但是P3HT也存在明显的不足，如光谱吸收范围比较窄，仅局限于650nm以内的太阳光的吸收，大大限制了太阳能电池器件光电转换效率的进一步提升。因此有必要优化聚噻吩类衍生物的分子结构设计，进一步调制其太阳光光谱响应特性和吸收性能，同时有效改善聚合物给体材料的载流子迁移特性，开发出具有窄带隙宽吸收，并能与太阳光谱有较好匹配的高效有机太阳能光电转换材料。
技术实现思路
技术问题:本专利技术的目的是提供一种窄带隙宽吸收的有机太阳能光电转换材料，改善噻吩-苯并噻二唑类有机太阳能光电转换材料的光吸收能力，拓宽其光谱响应范围，以大幅提闻其光电转换效率。技术方案:本专利技术涉及，更具体来说是一种基于噻吩-苯并噻二唑P-n结构的新型窄带隙有机太阳能电池材料及其制备方法。该材料主体为一个苯并噻二唑结构基元，两端带有相同的烷基噻吩类结构基元，是一种共轭结构噻吩-苯并噻二唑类衍生物材料。其结构如下式I所示:【权利要求】1.一种窄带隙有机太阳能电池材料，其特征在于，该材料基于噻吩-苯并噻二唑p-n结构基元，主体为一个苯并噻二唑结构基元，两端带有相同的烷基噻吩类结构基元，是一种共轭结构噻吩-苯并噻二唑类衍生物材料，其结构如下式I所示: 2.一种如权利要求1所述的窄带隙有机太阳能电池材料的制备方法，其特征在于采用溴代苯并噻二唑与烷基取代噻吩单硼酸酯通过Suzuki偶联反应，制备基于噻吩-苯并噻二唑p-n结构的窄带隙有机太阳能电池材料: 【文档编号】H01L51/46GK103880835SQ201410079710【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日 【专利技术者】张广维, 方旭, 赖文勇, 黄维, 范曲立, 王龙 申请人:南京邮电大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窄带隙有机太阳能电池材料，其特征在于，该材料基于噻吩‑苯并噻二唑p‑n结构基元，主体为一个苯并噻二唑结构基元，两端带有相同的烷基噻吩类结构基元，是一种共轭结构噻吩‑苯并噻二唑类衍生物材料，其结构如下式I所示：其中，R为C1‑C12的烷基。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张广维，方旭，赖文勇，黄维，范曲立，王龙，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32