[发明专利]含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料另一，尤其涉及一种含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料及其制备方法。本发明还涉及含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料在有机太阳能电池活性层材料中的应用

背景技术

高效率太阳能电池通常是以无机半导体为原料，但目前市场上主要的硅晶太阳能电池由于生产过程工艺复杂，污染严重，耗能大，成本高，抑制了其商业化应用的发展。因此利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。而有机半导体材料一方面由于有机材料的环境稳定性好、合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好；另一方面由于有机太阳能电池加工过程相对简单，可低温操作，器件制作成本也较低等优点而备受关注，成为最为廉价和有吸引力的太阳能电池材料。除此之外，有机太阳能电池的潜在优势还包括：可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等。

有机光伏材料可分为有机小分子光伏材料和有机高分子光伏材料。有机高分子光伏材料具有如下优点：热稳定性好，易加工，成本低，可通过分子设计将基团进行组合得到具有特定功能的光伏材料。亚烷基芴中的9位上是sp²杂化的碳原子，它与普通的sp³杂化的烷基芴相比，有更好的共轭平面性。用它来作为有机光伏材料的主链结构，能增强聚合物固体材料的π-π堆叠，有利于增加载流子的传输性能，从而提高光电转换效率，因此是一种可用于有机光伏器件的新型给体材料。

另外，蒽及其衍生物具有很好的稳定性和较好的成膜性；其紫外可见光谱呈现出较宽的手指峰吸收，有利于提高对太阳光的吸收覆盖范围；并且它具有适当的载流子传输特性，其晶体室温下空穴迁移率可达3cm²/V·s，是一类具有优异性能的有机光伏电子给体材料。虽然蒽及其衍生物作为有机电致发光材料的报道已有很多，但作为有机光伏电池的研究却鲜有报道，因此受到了研究者的广泛关注。

将亚烷基芴及其衍生物和蒽类单体进行共聚后，得到的聚合物光伏材料能增加载流子的传输性能，有利于载流子在活性层材料内部进行更为有效地传递；并且增加光谱的吸收范围。经过高温退火后，能有效增加分子内各基团和分子链段间排列的有序性和规整度，提高载流子迁移率的传输速度和效率，进而提高光电转换效率。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种可以提高光电转换效率的含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料。

本发明还提供含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料的制备方法。

本发明还提供含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料作为有机太阳能电池活性层材料中的应用。

本发明的技术方案如下：

一种含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料，该半导体材料具有如下结构式：

式中，R₁为C₄-C₄₀的烷基；R₂、R₃彼此独立地为H、F或C₁-C₁₈的烷基；n为10-100的整数。

所述的含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料，其中，R₁为C₄-C₄₀的直链烷基或R₁为C₄-C₄₀的支链烷基；R₂、R₃彼此独立地为C₁-C₁₈的直链烷基或R₂、R₃彼此独立地为C₁-C₁₈的支链烷基。

上述含亚烷基芴与蒽的聚合物半导体材料的制备方法，包括如下步骤：