专利名称：一种全共轭侧链聚合物及其在聚合物太阳能器件中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合物及其应用，特别涉及一种具有全共轭侧链的聚合物及其在聚合物太阳能器件中的应用，属于有机聚合物半导体材料技术领域。
背景技术：
随着世界能源危机的加剧，找到清洁廉价的新能源来代替目前广泛开采的石油、煤、天然气等已成为人们亟待解决的难题。取之不尽的太阳能成为人们最先想到的新型能源，将太阳能转化为电能的太阳能电池成为各国尤为重视的高新技术之一。自从 1995 年 Alan J.Heeger 等(G.Yu, J.Gao, J.C.Hummelen, F.Wudl,A.J.Heeger, Science 1995，270, 1789)首次报道通过溶液旋涂方法制备得到以P3HT和PCBM为光敏层材料的高效聚合物太阳能电池器件以来，有机聚合物太阳能电池引起了人们的极大关注。伴随着器件热退火(W.Ma, C.Y.Yang, X.Gong, K.Lee, A.J.Heeger, Adv.Fund.Mater.2005，15，1617)溶剂添加剂(J.Peet, J.Y.Kim, N.E.Coates, W.L Maj D.Moses, A.J.Heeger, G.C.Bazanj Nat.Mater.2007，6，497)等器件后处理技术的提出，基于P3HT/PCBM聚合物太阳能电池的效率很快达到了5%。由于P3HT材料本身对太阳光吸收的局限性，后期的窄带隙新型聚合物的设计，进一步的将聚合物太阳能电池的效率提高到疒8%，(H.-Y.Chen, J.H.Hou, S.Q.Zhang, Y.Y.Liang, G.ff.Yang, Y.Yang, L.P.Yu, Y.ffu, G.Li, Nat.Photonics 2009, 3,649; C.Piliego, T.ff.Holcombe, J.D.Douglas, C.H.Woo, P.M.Beaujuge, J.M.J.Frechet, J.Am.Chem.Soc.2010, 132，7595.)通过器件传输层的优化和引入串联电池的结构，此类太阳能电池的效率已经能突破10%，(Ζ.He, C.Zhong, S.Su, Μ.Xu, H.ffu, Y.Cao, Nat.Photonics 2012, 6, 593; J.You, L.Dou, K.Yoshimura,T.Kato, K.0hya, T.Moriarty, K.Emery, C.-C.Chen, J.Gao, G.Li, Y.Yang,Nat.Commun.DO1: 10.1038/ncomms2411.)让人们看到了新型聚合物太阳能电池商业化的美好前景。`与传统的无机太阳能电池相比，无论是在光电转换效率还是在太阳能器件的稳定性和寿命方面，聚合物太阳能电池还存在一定的差距，目前虽然此类太阳能电池能达到10%，但是无论是给体聚合物材料还是受体的富勒烯衍生物(PCBM)价格都十分昂贵。目前报道的聚合物太阳能电池中PCBM的使用量一般是聚合物的I 3倍量，而在小分子太阳能电池中PCBM的使用量往往比相应的给体材料少(Y.Sun, G.C.Welch, ff.L.Leong, C.J.Takacs, G.C.Bazan, A.J.Heeger, Nat.Mater.2012, 11, 44.)。所以，为了进一步提高聚合物太阳能电池的性能，必须将材料设计、器件结构优化和器件工艺改进结合起来。研究发现，制约聚合物太阳能电池效率的主要因素为活性层吸收光谱与太阳光谱的匹配程度不高，有机材料的载流子迁移率较低等。从近几年来科研人员关注的热点可以看出，设计合成新型的聚合物给体材料，降低材料带隙增强对太阳光的吸收，提高材料本身的迁移率，与富勒烯衍生物受体进行更好的能级匹配，这些手段能提高聚合物太阳能电池的最终性能。在高效聚合物太阳能电池材料中，有一类含共轭侧链的苯并二噻吩的聚合物材料引起大家的广泛关注，研究发现，在给体-受体型聚合物中部分引入芳香共轭侧链能有效的提高材料的迁移率(J.Yuan, X.Huang, F.Zhang, J.Lu, Z.Zhai, C.Di, Z.Jiang,ff.Ma, J.Mater.Chem.2012，22，22734)，降低材料的 HOMO 能级(J.Yuan, Z.Zhai,H.Dong, J.Li, Z.Jiang, Y.Li, ff.Ma, Adv.Funct.Mater.2013, 23, 885; J.Yuan, X.Huang, H.Dong, J.Lu, T.Yang, Y.Li, A.Gallagher, ff.Ma, Org.Electronics2013，14，635)，最终提高太阳能电池的开路电压和能量转换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有全部共轭侧链的聚合物材料，弥补现有聚合物太阳能电池器件中聚合物的不足，将其应用于聚合物太阳能电池器件中，能有效降低受体材料富勒烯衍生物的使用量，大幅度降低太阳能电池器件的成本，并提高太阳能电池的能量转换效率。实现本发明目的的技术方案是提供一种全共轭侧链聚合物，它的结构式为:
权利要求
1.一种全共轭侧链聚合物，其特征在于它的结构式为:
2.根据权利要求1所述的一种全共轭侧链聚合物，其特征在于:所述的单环杂亚芳基为
3.根据权利要求1所述的一种全共轭侧链聚合物，其特征在于:所述的双环杂亚芳基为
4.根据权利要求1所述的一种全共轭侧链聚合物，其特征在于:所述的三环或多环杂亚芳基为
5.一种如权利要求1所述的全共轭侧链聚合物制备的太阳能电池器件，包括玻璃、附着在玻璃上的导电玻璃衬底层，与导电玻璃衬底层贴合的空穴传输层，与空穴传输层贴合的光敏层，与光敏层贴合的电子传输层，与电子传输层贴合的电极，其特征在于:所述的光敏层包括全共轭侧链聚合物和富勒烯衍生物，所述的全共轭侧链聚合物的结构式为:
6.根据权利要求5所述的一种全共轭侧链聚合物制备的太阳能电池器件，其特征在于:所述的光敏层中，全共轭侧链聚合物与富勒烯衍生物的质量比为1:0.8 1:0.1。
全文摘要
本发明涉及一种全共轭侧链聚合物及其在聚合物太阳能器件中的应用。通过对聚合物化学结构的修饰，制备了一种具有全共轭侧链的半导体聚合物材料，它由于含有全共轭的侧链结构，又具较低的HOMO能级，获得了优良的光电性能，有利于开发低成本高性能的聚合物太阳能电池产品。它与一种富勒烯衍生物PCBM按质量比1:0.8～10.1制备成的聚合物太阳能器件，在富勒烯衍射物的使用量很少的情况下(1:0.5)，该太阳能电池的最大能量转换效率可达到约6%。
文档编号C08G61/12GK103159941SQ201310111099
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者袁建宇, 马万里, 陆佳灵, 徐忠杰 申请人:苏州大学