【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及光電領(lǐng)域，尤其涉及一種含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法和使用該含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料的太陽能電池器件。

【背景技術(shù)】

本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池因?yàn)槠涞统杀?，重量輕，制備工藝簡單和可制備成大面積柔性器件等優(yōu)點(diǎn)而引起廣泛關(guān)注?；诠曹椌酆衔锝o體，富勒烯衍生物受體的聚合物太陽能電池的最高能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了9.2%。雖然可溶液加工的有機(jī)小分子太陽能電池的最高能量轉(zhuǎn)換效率仍然低于相應(yīng)的聚合物，但是其明確的分子結(jié)構(gòu)，確定的分子量和高純度等優(yōu)點(diǎn)使得基于小分子的有機(jī)太陽能電池成為新的研究熱點(diǎn)。

目前，但相對于有機(jī)聚合物太陽能電池而言，有機(jī)小分子太陽能電池仍然存在很多不足之處。調(diào)節(jié)分子的吸收性質(zhì)、能級結(jié)構(gòu)以及載流子遷移率等，因而成為一類極具發(fā)展?jié)摿Φ挠袡C(jī)小分子太陽能電池材料，要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要研制更多的新型共軛分子材料，其中，設(shè)計(jì)合成新型共軛單元就顯得十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

基于此，有必要提供一種能量轉(zhuǎn)化效率較高的含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料。

此外，還有必要提供一種含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法。

此外，還有必要提供使用含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料的太陽能電池器件。

一種含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料，具有如下結(jié)構(gòu)式：

其中，R為C₁～C₂₀的烷基。

一種含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，包括如下步驟：

提供如下結(jié)構(gòu)式表示的化合物A和化合物B，

A為：B為：其中，R為C₁～C₂₀的烷基；

在無氧環(huán)境中，將摩爾比為1:2～1:2.4的化合物A和化合物B添加入含有催化劑和堿溶液的有機(jī)溶劑中，在70℃～130℃進(jìn)行Suzuki耦合反應(yīng)12小時(shí)～48小時(shí)，所述催化劑為有機(jī)鈀或?yàn)橛袡C(jī)鈀與有機(jī)磷配體的混合物，得到如下結(jié)構(gòu)式表示的含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料：

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述有機(jī)溶劑選自甲苯、N，N-二甲基甲酰胺及四氫呋喃中的至少一種。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述有機(jī)鈀為雙三苯基膦二氯化鈀、四三苯基膦鈀、醋酸鈀或三二亞芐基丙酮二鈀，所述有機(jī)膦配體為三叔丁基膦、三鄰甲苯基膦或2-雙環(huán)己基磷-2’,6’-二甲氧基聯(lián)苯，所述有機(jī)鈀與所述有機(jī)膦配體的摩爾比為1:4～1:8。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述催化劑中的有機(jī)鈀與所述化合物A的摩爾比為1:20～1:100。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述Suzuki耦合反應(yīng)的反應(yīng)溫度為90℃～120℃，反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)～36小時(shí)。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述堿溶液選自碳酸鈉溶液、碳酸鉀溶液及碳酸氫鈉溶液中的至少一種。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述堿溶液中的溶質(zhì)與化合物A的摩爾比為20:1～50:1。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，還包括將含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料進(jìn)行分離純化的步驟，所述分離純化步驟如下：向所述化合物A和化合物B進(jìn)行Suzuki耦合反應(yīng)后的溶液中加入二氯甲烷進(jìn)行萃取，合并有機(jī)相干燥后，將過濾得到的固體采用石油醚和乙酸乙酯混合物作為淋洗液進(jìn)行硅膠層析分離，真空干燥后得到純化后的含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述抽提采用索氏提取器進(jìn)行。

一種太陽能電池器件，包括活性層，所述活性層包括電子給體材料及電子受體材料，所述電子受體材料為[6,6]苯基-C₆₁-丁酸甲酯（PC₆₁BM）或者[6,6]苯基-C₇₁-丁酸甲酯，所述電子給體材料具有如下結(jié)構(gòu)式的含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料：

其中，R為C₁～C₂₀的烷基。

上述含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料為給體-受體型共軛單體，它具有較高的空穴遷移率，高的開路電壓，較好的溶解性能和成膜性能，進(jìn)而解決太陽能電池器件低效率問題。

上述含噻唑并噻唑單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，采用了較簡單的合成路線，從而減少工藝流程，原材料價(jià)廉易得，使得制造成本降低；且值得的材料結(jié)構(gòu)新穎，溶解性能良好，成膜性能優(yōu)良，可適用于太陽能電池器件。

【附圖說明】

圖1為一實(shí)施方式的太陽能電池器件的結(jié)構(gòu)示意圖；