一种掺杂金属配合物的聚合物太阳能电池材料的合成及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电材料领域，具体涉及一种有机太阳能光电材料，更具体来说是一 种掺杂不同浓度铱配合物PTB7的合成及其在有机太阳能电池器件中的应用。 技术背景
[0002] 有机太阳能电池是当前研宄的热点学科之一，有机太阳能电池材料具有重量轻， 可制作柔性器件，易于进行化学结构修饰等优点。聚合物材料除了具备上述优点外，还具有 一个非常重要的特点：可溶液加工，包括喷墨打印和旋涂。能大大降低加工成本，易于大面 积制作器件。有机太阳能电池的工作原理分为四个步骤：吸收光子产生激子；激子扩散；激 子分离为电荷及电荷传输；电荷收集。
[0003] 近年来，为了提高有机太阳能电池器件的能量转化效率，设计了越来越多的活性 层材料，尤其是给体材料。PTB7是目前报道的世界上单层简单器件，没有进行任何处理，得 到的最高的能量转化效率，高达7. 4%。该材料具有很宽的光谱覆盖范围，较深的HOMO能 级，较高的EQE，导致产生比较高的短路电流密度，开路电压和能量转化效率。我们通过共 价键引入金属铱配合物到PTB7的骨架中去，由于重金属铱的引入，能够有效的引起隙间穿 越，增加三线态的产量，从而能够有效的提高激子的寿命和扩散长度，从而提高短路电流密 度和能量转化效率。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供一种具有较高短路电流密度和能量转化效率的光 电转化材料。通过共价键引入金属铱配合物到PTB7共轭骨架中，提高三线态能级，和激子 的寿命，扩散长度，来提高短路电流密度和能量转化效率。
[0005] 技术方案：本发明涉及一种有机太阳能电池材料制备及应用。更具体来说是一种 基于PTB7引入不同浓度铱配合物的新型有机太阳能电池材料的制备及其应用。其结构式 如下所示：
【主权项】
1. 结构式如式1的聚合物：
其中，X的范围为0. 005到0. 05之间? n代表聚合物的重复单元个数，其为5-1000之间的自然数。
2. 根据权利要求1中任一项所述的聚合物，其特征在于：所述聚合物的数均分子量为 1000到2000000,优选的数均分子量为3000到500000,最优选的数均分子量为10000到 300000〇
3. -利如权利要求1中任一项所述聚合物的制备方法，包括下述步骤： 1)1，1'-[4,8-双[(2-乙基己基）氧基]苯并[1，2-8:4,5-8']二噻吩-2,6-二基] 双[1，1，1_三甲基锡]，4,6-双溴-3-氟-2-羧酸（2-乙基己）酯-噻吩并[3,4-B]噻吩， 2,4-二氟苯基吡啶铱-1，3-双（4-溴苯基）丙烷1，3-二酮，催化剂，加入溶剂，在氮气氛围 回流12-15h，反应结束后加入甲醇沉析，过滤得到沉淀物，将沉淀物依次用甲醇、丙酮、乙酸 乙酯、氯仿洗涤，收集氯仿相，甲醇沉降，抽滤得到式1所述聚合物。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述反应在下述至少一 种溶剂中进行：甲苯，氯苯，二氯苯，N，N-二甲基甲酰胺，和氯仿；1，1' _[4,8_双[(2-乙基 己基）氧基]苯并[1，2-8:4,5-8']二噻吩-2,6-二基]双[1，1，1-三甲基锡]，4,6-双 溴 _3_氟_2_羧酸（2-乙基己）醋-噻吩并[3,4-B]噻吩和2,4-二氟苯基吡啶铱-1，3-双 (4-溴苯基）丙烷1，3-二酮的共轭单元的的摩尔比为从1 : 1 : 0到1 : 0.95 : 0.05。
5. -种半导体组合物，由权利要求1中任一项所述的式1所示聚合物和掺加剂组成，其 组成比例为1 : 1.5;所述掺加剂为富勒烯或其衍生物中至少一种；所述富勒烯或其衍生物 优选为[6,6]_苯基C61 丁酸甲酯、[6,6]_苯基C71 丁酸甲酯或含茚富勒烯。
6. 权利要求1中任一项所述的聚合物在制备下述器件中的应用：薄膜半导体器件、光 伏器件；所述器件具体为聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池器件进一步包含本体 异质结结构的聚合物太阳能电池。
7. -种光伏器件，包含空穴收集层，电子收集层，以及空穴收集层和电子收集层之间的 光伏材料层；所述光伏材料层中包含权利要求1中任一项所述的聚合物；所述光伏器件优 选聚合物太阳能电池。
【专利摘要】本发明涉及一种掺杂金属配合物的聚合物太阳能电池材料及其制备方法，更具体来说是一种掺杂不同浓度铱配合物PTB7的合成。该材料通过调节掺杂不同浓度的铱配合物，来探讨短路电流密度和能量转化效率的变化趋势，期于获得铱配合物的浓度和短路电流密度，能量转化效率之间的关系，实现在有机太阳能电池领域中的应用。其结构式如下所示：本发明中设计的材料通过Stille反应合成聚合物，合成工艺简单，易于纯化。该类材料表现出了很好的热稳定性和无定性成膜性，很宽的光谱覆盖，能够吸收更多的太阳光子，具有比较深的HOMO能级，可以获得高的开路电压，在标准的光伏器件中，能够得到很高的能量转化效率。所以可以作为活性材料应用于有机太阳能电池器件。
【IPC分类】C08G61-12, H01L51-46
【公开号】CN104693422
【申请号】CN201510040718
【发明人】陶友田, 钱敏, 黄维
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月23日