含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料及其製備方法和應用的製作方法

2023-07-30 10:26:46 1

含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料及其製備方法和應用。一種含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料，具有以下結構式：其中，n為10~100的整數；R1為C4~C40的烷基；R2為C4~C40的烷基。上述含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料與電子受體材料製成的太陽能電池器件經過退火後，能提高材料分子鏈段內和鏈段間排列的有序性和規整度，從而提高了太陽能電池器件的載流子遷移率，提高了光電轉換效率。
【專利說明】含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電子材料領域，特別是涉及一種含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料及其製備方法和應用。
【背景技術】
[0002]高效率太陽能電池通常是以無機半導體為原料，但目前市場上主要的矽晶太陽能電池由於生產過程工藝複雜，汙染嚴重，耗能大，成本高，抑制了其商業化應用的發展。因此利用廉價材料製備低成本、高效能的太陽能電池一直是光伏領域的研究熱點和難點。有機半導體材料一方面由於有機材料的環境穩定性好、合成成本低、功能易於調製、柔韌性及成膜性都較好；另一方面由於有機太陽能電池加工過程相對簡單，可低溫操作，器件製作成本也較低等優點而備受關注，成為最為廉價和有吸引力的太陽能電池材料。除此之外，有機太陽能電池的潛在優勢還包括:可實現大面積製造、可使用柔性襯底、環境友好、輕便易攜等。
[0003]目前，聚合物太陽能電池的研究主要集中於給體、受體共混體系，採用聚苯並二噻吩(PTB7)與富勒烯衍生物PC71BM共混體系的能量轉化效率已經達到7.4%，但是仍比無機太陽能電池的轉換效率低得多。

【發明內容】

[0004]基於此，有必要提供一種能夠提高太陽能電池器件的能量轉換效率的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料及其製備方法和應用。
[0005]一種含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料，具有以下結構式:
[0006]
【權利要求】
1.一種含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料，其特徵在於，具有以下結構式:
2.一種含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: 提供化合物A和化合物B，化合物A的結構式為:
3.根據權利要求2所述的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料的製備方法，其特徵在於，所述分離純化的步驟為: 往反應體系中加入甲苯及去離子水進行萃取，取有機相，用減壓蒸餾的方法除去所述有機相的至少部分溶劑，再將所述有機相滴入到無水甲醇中沉析，抽濾、烘乾後得到固體粉末，再將所述固體粉末用氯仿溶解，用中性氧化鋁過層析柱以除去催化劑，最後除去氯仿，得到提純後的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料。
4.根據權利要求2所述的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料的製備方法，其特徵在於，所述化合物A採用如下方法製備: 提供化合物C，化合物C的結構式為:
5.根據權利要求4所述的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料的製備方法，其特徵在於，所述分離純化得到所述化合物A的步驟為: 反應結束後,加入飽和NaCl溶液，使用氯仿萃取,再使用無水Na2SO4或無水MgSO4乾燥有機相，抽濾後收集濾液，除去溶劑後得到粗產物，將所述粗產物以二氯甲烷為淋洗液進行矽膠層析柱分離，得到提純後的化合物Α。
6.根據權利要求4所述的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料的製備方法，其特徵在於，所述化合物C採用如下方法製備: 提供化合物D，化合物D的結構式為:
7.根據權利要求6所述的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料的製備方法，其特徵在於，所述分離純化得到所述化合物C的步驟為: 將反應產物用硅藻土過濾收集，然後用乙酸乙酯將硅藻土過濾後的液相濾液層進行萃取，取有機相，然後依次向所述有機相加入質量濃度10%的氫氧化鈉水溶液、飽和的焦亞硫酸鈉溶液和鹽水，再用硫酸鈉乾燥並減壓蒸餾，並用石油醚過矽膠柱層析，減壓蒸餾後的產物在-35° C-40° C用2-甲基戊烷為溶劑進行重結晶，最終得到純化後的化合物C。
8.根據權利要求6所述的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料的製備方法，其特徵在於，所述化合物D採用如下方法製備: 在通氮氣保護的室溫條件下，在攪拌下往2，7- 二溴芴的無水二甲基亞碸溶液中加入叔丁醇鉀，其中2，7-二溴芴與叔丁醇鉀的摩爾比為1:2.0-2.4，然後加入二硫化碳攪拌反應10-20分鐘，其中2，7-二溴芴與二硫化碳的摩爾比為1:1.0-l.2，然後滴加碘甲烷後再持續攪拌反應4-6小時，2，7- 二溴芴與碘甲烷的摩爾比為1: 1- 1: 1.2，分離純化後得到化合物D。
9.根據權利要求8所述的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料的製備方法，其特徵在於，所述分離純化得到化合物D的步驟為: 將反應後的生成物倒入冰水混合物中，再加入濃氨水除掉未反應的碘甲烷，然後進行過濾，將濾渣水洗，烘乾後，用乙酸乙酯和四氫呋喃以體積比2:1混合的混合溶劑進行重結晶，最終得到純化後的化合物D。
10.如權利要求1所述的含亞烷基芴和環戊二烯並二噻吩的有機聚合物半導體材料在聚合物太陽能電池器 件中的應用。
【文檔編號】C08G61/12GK103804641SQ201210450257
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優先權日:2012年11月12日
【發明者】周明傑, 管榕, 黃佳樂, 李滿園, 黎乃元 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司