專利名稱：含Ladder型芳香稠雜環(huán)的聚合物材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于有機(jī)薄膜電池材料，特別是含Ladder型芳香稠雜環(huán)的聚合物材料及其衍生物。
背景技術(shù)：
有機(jī)薄膜(異質(zhì)結(jié))太陽(yáng)能電池使用的是有機(jī)半導(dǎo)體的n型和p型的材料，在太陽(yáng)光照射下，P_n接合帶隙中產(chǎn)生電位差，這種有機(jī)薄膜電池可以利用溶液旋涂、卷對(duì)卷和噴墨印刷等低成本制造技術(shù)，同時(shí)還可應(yīng)用于塑料薄膜或其它材料表面實(shí)現(xiàn)柔性太陽(yáng)能電池。盡管眼下有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池在轉(zhuǎn)換效率方面還低于無機(jī)太陽(yáng)能電池，但是它已經(jīng)顯現(xiàn)出巨大的潛力，特別最近3-4年來隨著新型有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池材料的設(shè)計(jì)和合成，有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從7-8年前的1-2%到現(xiàn)在的5-8%。目前世界各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)一直在積極致力于提高有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的研究實(shí)驗(yàn)。2007年7月，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)在科學(xué)雜志《Science》上發(fā)表了 “單元轉(zhuǎn)換效率全球最高達(dá)6. 5% ”的文章。日本的住友化學(xué)也于2009年2月宣布，該公司的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 6.5%。同年，在小單元(3_)有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率方面，芝加哥大學(xué)獲得經(jīng)第三方確認(rèn)的最高轉(zhuǎn)換效率為6. 8% (Chen HY et al, Nature Photonics, 2009, 3,649-653)，利用該技術(shù)的 Solarmer 能源公司在 2010 年 7 月份，宣布其電池效率再創(chuàng)新高，達(dá)8. 13%的轉(zhuǎn)換率，并已通過美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL)認(rèn)證。而大尺寸的(50mm)的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換率也已經(jīng)達(dá)到4. 0% (日本印刷DNP公司)。在量產(chǎn)方面,美國(guó)科納卡技術(shù)(Konarka Technologies)已經(jīng)于2008 年開始量產(chǎn)使用100 ii m薄的薄膜底板的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池模塊“Power Plastic”。該電池模塊采用卷對(duì)卷及噴墨印刷技術(shù)制造，獲得的單元轉(zhuǎn)換效率為4 5%，公司預(yù)計(jì)不久的將來單元轉(zhuǎn)換效率將達(dá)到7 %，而在幾年之內(nèi)實(shí)現(xiàn)10 %的單元轉(zhuǎn)換效率。此外，2009年美國(guó)英特爾公司也在該公司主辦的展會(huì)上作為新一代技術(shù)展示了有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的試制品。目前的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池材料(聚噻吩衍生物P3HT)的吸光層材料的禁頻寬度和LUMO分別在2. IeV和-3. 3eV左右。為了進(jìn)一步提高有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池材料的效率及工作電壓，需要開發(fā)新一代太陽(yáng)能電池材料，使材料的禁頻寬度降低到1.6-1.8eV， LUMO降為-3. 5 -3. SeV0如果采用層迭串聯(lián)太陽(yáng)能電池的方法，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率將可能提高到12%。近年來，采用電子給體-受體型聚合物材料被認(rèn)為是可以降低材料的能帶間隙的同時(shí)，保持較高的最高占據(jù)分子軌道(H0M0)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較高的開路電壓(Heeger et al, Nature Photonics, 2009, 297-303)。此外，Wong等人發(fā)現(xiàn)基于炔類單體構(gòu)筑的含金屬共軛聚合物的能帶間隙可降低到I. 67eV左右，并成功地用于高轉(zhuǎn)換效率的光伏電池(4.8%， Wong et al,Nature Materials 2007，6，521-527)。但是其開路電壓只有0. 82V。最近Zheng 等人在電子給體-受體型聚合物材料的共軛框架中引入以梯形芳香稠環(huán)低聚物并作為電子給體，實(shí)現(xiàn)了 I. 06V的開路電壓，比第一代太陽(yáng)能電池材料(P3HT)的開路電壓(0.66V)高 60% (Zhenget al. J. Am. Chem. Soc. 2010，132，5394-5404)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池材料，為含Ladder型芳香稠雜環(huán)的聚合物材料。該材料使用Ladder型芳香稠環(huán)為基本框架，通過引入雜原子來降低材料的禁頻寬度，同時(shí)Ladder型框架將有利于保持較高的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)以實(shí)現(xiàn)較大的開放電壓。本發(fā)明的目的在于提供一種新型有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池材料，其結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
1. 一種含Ladder型芳香稠雜環(huán)的聚合物薄膜太陽(yáng)能電池材料，其特征在于它具有以下結(jié)構(gòu)通式
2. 一種如權(quán)利I要求的含Ladder型芳香稠雜環(huán)的聚合物薄膜太陽(yáng)能電池材料的制備方法，其特征在于它具有以下的合成路線
3.—種如權(quán)利要求I的含Ladder型芳香稠雜環(huán)的聚合物薄膜太陽(yáng)能電池材料的用途， 其特征在于用于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。
4.一種如權(quán)利要求I的含Ladder型芳香稠雜環(huán)的聚合物薄膜太陽(yáng)能電池材料的用途， 其特征在于用于有機(jī)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供了含Ladder型芳香稠雜環(huán)的聚合物材料的制備方法，該材料可以廣泛用于有機(jī)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管及有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。該材料使用Ladder型芳香稠環(huán)為基本框架，通過引入雜原子來降低材料的禁頻寬度，同時(shí)Ladder型框架將有利于保持較高的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)以實(shí)現(xiàn)較大的開放電壓。
文檔編號(hào)H01L51/46GK102532491SQ201110261140
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者湯昌泉, 鄭慶東, 陳善慈 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所