半导体聚合物制造技术

本发明专利技术公开了可用于电光学器件和电子器件中的具有共轭单元的新型半导体光伏聚合物，所述聚合物提供改善的太阳能转换效率。所述聚合物在太阳能器件中表现出增强的太阳能转换效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体聚合物交叉引用相关专利申请并且以引用的方式并入本专利申请要求提交于2011年4月15日的美国临时专利申请N0.61/517，205的优先权，特此将该临时专利申请的全文以引用的方式并入。政府许可权利本专利技术根据美国国家科学基金会(National Science Foundation)和美国空军科学研究处(Air Force Office of Scientific Research)授予的第 DMR-1004195 和FA9550-09-1-0220号资助在政府支持下完成。政府可享有本专利技术的某些权利。
本专利技术涉及基于半导体共轭聚合物的半导体聚合物。本专利技术还涉及它们在电光学器件和电子器件中的用途。
技术介绍
本体异 质结(bulk heterojunction, BHJ)聚合物太阳能电池与其无机对应物相比具有许多优点，例如低制造成本、易加工性、柔性和制备大面积器件的可能性(Braga等人，Sol.Energy Mater.Sol.Cells (《《太阳能材料与太阳能电池》》)，2008，92，418)。然而，主要缺点是它们的功率转换效率(PCE)较低，这严重阻碍了将聚合物太阳能电池进一步推向实际应用。近年来，经过多个方面巨大努力，PCE已得到改善。例如，将镍氧化物和石墨烯氧化物引入作为空穴传输层的候选物以及防止电子从BHJ受体泄漏到阳极，从而取代常规的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)层。将光反射材料沉积在电极与光活性层之间，以接近定量地驱动内量子效率。采用缓慢生长、热退火和混合溶剂来优化双连续互穿网络。一般来讲，聚合物的物理特性决定开路电压(V。。)和短路电流密度(Jsc)，并且PCE被定义为Pwt/Pin=V0cJscFFZPino因此，针对开发新型半导体聚合物的研究致力于:1)降低能带隙以增强Js。；以及2)降低最高占据分子轨道(Η0Μ0)的能级以改善V。。。最近本体异质结(BHJ)有机光伏材料(OPV)因为它们在通过易行、低成本溶液加工技术来制造柔性、轻质太阳能电池方面的潜能引发了人们高涨的热情。(Thompson, B.C.等人，Angew.Chem.，Int.Ed.(《应用化学国际版》)2008，47，58 - 77 ;Gunes, S.等人，Chem.Rev.(《化学评论》)2007，107，1324-1338 ;Spangaard, H.等人，Sol.Energy Mater.Sol.Cells.(《太阳能材料与太阳能电池》)2004,83，125-146 ;Hoppe，H.等人，J.Mater.Res.(《材料研究杂志》)2004, 19, 1924-1945 ；Brabec, C.J.等人，Adv.Funct.Mater.(《先进功能材料》)2001，11，15-26)。为了使OPV从研发阶段完全成熟为高性价比的产品，新材料是至关重要的。大面积OPV太阳能电池的功率转换效率(PCE)应不断地改善。(G.Dennler, G.等人，J.Adv.Mater.(《先进材料杂志》)2009，21，1323-1338 ；Scharber, Μ.等人，Adv.Mater.(《先进材料》)2006, 18, 789-794 ；Coakley, K.M.等人，Chem.Mater.(《化学材料》)2004，16，4533-4542)。设计新型聚合物的主要挑战之一是对诸如形态和供体-受体能级匹配之类的物理特性的同时优化。(Cheng, J.-Y.等人,Chem.Rev.(《化学评论》)2009，109，5868-5923 ；Brabec, C.J.等人，J.Chem.Soc.Rev.(《化学学会评论杂志》)2011，40, 1185-1199 ；Bundgaard, E.等人，Sol.Energy Mater.Sol.Cells.(《太阳能材料与太阳能电池》)2007，91，954-985)。除了这些参数之外，当对能带隙、能级和形态均进行优化时，结合大的局部偶极矩也可在电荷分离中发挥重要作用，从而增强OPV电池的性能。(Carsten，B.等人，J.Am.Chem.Soc.(《美国化学会会志》)2011, 133，20468-20475)。对表现出增加的太阳能转换效率的聚合物太阳能电池，本领域存在需要。
技术实现思路
本文描述的是半导体光伏衍生物，包括聚硒吩衍生物，它们在用于电光学器件和电子器件中时表现出高太阳能转换效率。还存在在电光学器件和电子器件中用作空穴传输材料且以富勒烯衍生物作为受体的半导体聚合物。该聚合物被设计成针对太阳光谱中的宽吸收实现低能带隙。在一个方面，半导体聚合物具有选自如下的化学式:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有选自式(I)?(VI)的化学式的半导体聚合物：其中X1、X2、X3和X4独立地选自O、S、Se、NH和CH2；R1、R2、R3和R4独立地选自H、烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、杂芳基、杂芳氧基、可交联部分和低聚(乙二醇)；Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6独立地选自O、S、Se和氨基；Z选自酯、酮、酰胺、氰基、烷基、多氟烷基、多氯烷基、芳基和杂芳基；Z1和Z2独立地选自CH和N；W选自H、卤素、氰基、二氰基乙烯基和三氰基乙烯基；并且n为大于0的整数。FDA0000435906220000011.jpg

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.15 US 61/517,2051.一种具有选自式(I)-(VI)的化学式的半导体聚合物: 2.一种具有选自式(I)-(V)的化学式的半导体聚合物: 3.根据权利要求1-2中任一项所述的半导体聚合物，其具有式(I): 4.根据权利要求1-2中任一项所述的半导体聚合物，其具有式(II): 5.根据权利要求1-2中任一项所述的半导体聚合物，其具有式(III): 6.根据权利要求1-2中任一项所述的半导体聚合物，其具有式(IV): 7.根据权利要求1-2中任一项所述的半导体聚合物，其具有式(V): 8.根据权利要求7所述的半导体聚合物，其中X1和X2独立地选自O、S、NH和CH2。9.根据权利要求7-8中任一项所述的半导体聚合物，其中X1和X2独立地为O。10.根据权利要求7-9中任一项所述的半导体聚合物，其中R1和R2独立地为烷基。11.根据权利要求7-10中任一项所述的半导体聚合物，其中R1和R2独立地为C1,烷基。12.根据权利要求7-11中任一项所述的半导体聚合物，其中R1和R2相同。13.根据权利要求7-11中任一项所述的半导体聚合物，其中R1和R2中的任一者为2-乙基己基。14.根据权利要求7-13中任一项所述的半导体聚合物，其中Y1和Y2为S。15.根据权利要求7-13中任一项所述的半导体聚合物，其中Y1和Y2为Se。16.根据权利要求7-15中任一项所述的半导体聚合物，其中Y3和Y4为Se。17.根据权利要求7-16中任一项所述的半导体聚合物，其中Z为酯。18.根据权利要求7-17中任一项所述的半导体聚合物，其中Z为-C(O)OCH2CH(C2H5)C4H9。19.根据权利要求7-18中任一项所述的半导体聚合物，其中W为H或卤素。20.根据权利要求7-19中任一项所述的半导体聚合物，其中W为F。21.根据权利要求7所述的半导体聚合物，其具有选自 22.根据权利要求21所述的半导体聚合物，其中R1...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞陆平，H·J·孙，
申请(专利权)人：芝加哥大学，
类型：
国别省市：