CN104177383A - 含萘并二噻吩单元的有机半导体材料及其制备方法和太阳能电池器件 - Google Patents

含萘并二噻吩单元的有机半导体材料及其制备方法和太阳能电池器件 Download PDF

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王平
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Abstract

一种含萘并二噻吩单元的有机半导体材料，具有如下结构式：其中，R为C1～C20的烷基；该含萘并二噻吩单元的有机半导体材料为给体-受体型共轭单体，它具有较高的空穴迁移率，高的开路电压，较好的溶解性能和成膜性能，进而解决太阳能电池器件低效率问题。本发明还提供一种上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法及使用该含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的太阳能电池器件。

Description

含萘并二噻吩单元的有机半导体材料及其制备方法和太阳能电池器件
【技术领域】
本发明涉及光电领域，尤其涉及一种含萘并二噻吩单元的有机半导体材料及其制备方法和使用该含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的太阳能电池器件。
【背景技术】
本体异质结太阳能电池因为其低成本，重量轻，制备工艺简单和可制备成大面积柔性器件等优点而引起广泛关注。基于共轭聚合物给体，富勒烯衍生物受体的聚合物太阳能电池的最高能量转换效率达到了9.2%。虽然可溶液加工的有机小分子太阳能电池的最高能量转换效率仍然低于相应的聚合物，但是其明确的分子结构，确定的分子量和高纯度等优点使得基于小分子的有机太阳能电池成为新的研究热点。
目前，但相对于有机聚合物太阳能电池而言，有机小分子太阳能电池仍然存在很多不足之处。调节分子的吸收性质、能级结构以及载流子迁移率等，因而成为一类极具发展潜力的有机小分子太阳能电池材料，要实现这些目标，需要研制更多的新型共轭分子材料，其中，设计合成新型共轭单元就显得十分重要。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种能量转化效率较高的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料。
此外，还有必要提供一种含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法。
此外，还有必要提供使用含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的太阳能电池器件。
一种含萘并二噻吩单元的有机半导体材料，具有如下结构式：
其中，R为C1～C20的烷基。
一种含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，包括如下步骤：
提供如下结构式表示的化合物A和化合物B，
A为：B为：其中，R为C1～C20的烷基；
在无氧环境中，将摩尔比为1:2～1:2.4的化合物A和化合物B添加入含有催化剂中，在70℃～130℃进行Stille耦合反应6小时～24小时，所述催化剂为有机钯或为有机钯与有机磷配体的混合物，得到如下结构式表示的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料：
所述有机溶剂选自甲苯、N，N-二甲基甲酰胺及四氢呋喃中的至少一种。
所述有机钯为双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯、醋酸钯或三二亚苄基丙酮二钯，所述有机膦配体为三叔丁基膦、三邻甲苯基膦或2-双环己基磷-2’,6’-二甲氧基联苯，所述有机钯与所述有机膦配体的摩尔比为1:4～1:8。
所述催化剂中的有机钯与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。
所述Stille耦合反应的反应温度为90℃～110℃，反应时间为8小时～16小时。
还包括将含萘并二噻吩单元的有机半导体材料进行分离纯化的步骤，所述分离纯化步骤如下：向所述化合物A和化合物B进行Stille耦合反应后的溶液中加入二氯甲烷进行萃取，合并有机相干燥后，将过滤得到的固体采用石油醚和乙酸乙酯混合物作为淋洗液进行硅胶层析分离，真空干燥后得到纯化后的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料。
一种太阳能电池器件，包括活性层，所述活性层包括电子给体材料及电子受体材料，所述电子受体材料为[6,6]苯基-C61-丁酸甲酯或者[6,6]苯基-C71-丁酸甲酯，所述电子给体材料具有如下结构式的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料：
其中，R为C1～C20的烷基。
所述电子受体材料与所述电子给体材料的摩尔比为1:1～3:1。
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料为给体-受体型共轭单体，它具有较高的空穴迁移率，高的开路电压，较好的溶解性能和成膜性能，进而解决太阳能电池器件低效率问题。
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，采用了较简单的合成路线，从而减少工艺流程，原材料价廉易得，使得制造成本降低；且值得的材料结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良，可适用于太阳能电池器件。
【附图说明】
图1为一实施方式的太阳能电池器件的结构示意图；
图2为实施例1制备的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的紫外-可见吸收光谱图；
图3为实施例1制备的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的热失重分析图。
【具体实施方式】
为了更好地理解本发明专利的内容，下面通过具体的实例和图例来进一步说明本发明的技术案，具体包括材料制备和器件制备，但这些实施实例并不限制本发明，其中单体A和单体B从市场上购买得到。
一实施方式的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料，具有如下结构式：
其中，R为C1～C20的烷基。
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料为给体-受体型共轭单体，它具有较高的空穴迁移率，高的开路电压，较好的溶解性能和成膜性能，进而解决太阳能电池器件低效率问题。
一实施方式的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、提供化合物A和化合物B。
化合物A的结构式为：其中，R为C1～C20的烷基。
化合物B的结构式为：
步骤S2、制备含萘并二噻吩单元的有机半导体材料。
在无氧环境中，将摩尔比为1:2～1:2.4的化合物A和化合物B添加入含有催化剂中，在70℃～120℃进行Stille耦合反应6小时～24小时，所述催化剂为有机钯或有机钯与有机磷配体的混合物，得到如下结构式表示的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料：
本实施方式中，Stille耦合反应在氮气氛围下进行。
本实施方式中，有机溶剂选自甲苯、N，N-二甲基甲酰胺及四氢呋喃中的至少一种。可以理解，有机溶液也可使用其他溶剂，只要能溶解化合物A和化合物B即可。
本实施方式中，有机钯为双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯、醋酸钯或三二亚苄基丙酮二钯，有机膦配体为三叔丁基膦、三邻甲苯基膦或2-双环己基磷-2’,6’-二甲氧基联苯。有机钯与有机磷配体的混合物中有机钯和有机磷配体的摩尔比为1:4～1:8。优选的，采用三二亚苄基丙酮二钯与三叔丁基膦的混合物作为催化剂。可以理解，有机钯、有机磷配体均不限于所列举的种类，只要能催化化合物A和化合物B进行Stille耦合反应即可。
本实施方式中，催化剂中有机钯与化合物A的摩尔比为1:20～1:100。可以理解，有机钯与化合物A的摩尔比不限于为1:20～1:100，向加入化合物A和化合物B的有机溶剂中加入催化剂量的催化剂即可。
本实施方式中，Stille耦合反应的反应温度为70℃～120℃，反应时间为6小时～24小时。优选的，Stille耦合反应的反应温度为90℃～110℃，反应时间为8小时～16小时。可以理解，Stille耦合反应的反应温度不限于为70℃～120℃，只要能使化合物A和化合物B发生反应即可；反应时间也不限于为6小时～24小时，只要能使化合物A和化合物B尽量反应完全即可。
步骤S3、分离纯化含萘并二噻吩单元的有机半导体材料。
向所述化合物A和化合物B进行Stille耦合反应后的溶液中加入二氯甲烷进行萃取，合并有机相干燥后，将过滤得到的固体采用石油醚和乙酸乙酯混合物作为淋洗液进行硅胶层析分离，真空干燥后得到纯化后的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料。
本实施方式中，真空干燥条件为：在真空下50℃干燥24小时。
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，合成路线较为简单，降低了制造成本。
一实施例中的一种太阳能电池器件，包括活性层，所述活性层包括电子给体材料及电子受体材料，所述电子受体材料为[6,6]苯基-C61-丁酸甲酯或者[6,6]苯基-C71-丁酸甲酯，所述电子给体材料具有如下结构式的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料：
其中，R为C1～C20的烷基。
下面为具体实施例。
实施例1
本实施例公开了结构式如下的萘并二噻吩的给受体有机半导体材料(NDT1)即：2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(正辛氧基)萘并二噻吩，其结构式如下：
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备过程如下：
在氩气保护下，将2,7-二三甲基锡-4,9-二(正辛氧基)萘并二噻吩(164mg,0.2mmol)、4-(5-溴噻吩-2-基)-7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑(174mg,0.4mmol)加入盛有10ml甲苯溶剂的烧瓶中，抽真空除氧并充入氩气，然后加入双三苯基膦二氯化钯（5.6mg,0.008mmol）；将烧瓶加热到100℃进行Stille耦合反应16h。随后，降温后停止反应，停止反应并冷却到室温，用二氯甲烷萃取三次，合并有机相，再采用无水硫酸镁干燥后旋干，粗产物采用石油醚和乙酸乙酯为淋洗液经硅胶层析柱分离，石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1，旋干溶剂后得到红色晶体，真空条件下50℃干燥24h得到产物2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(正辛氧基)萘并二噻吩，产率82%。
上述制备含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的反应式如下：
实验测试结果为：质谱：m/z1208.1（M++1）；元素分析（%）C58H48N8O2S10:理论值：C57.59,H4.00,N9.26，O2.65,S26.51；实测值：C57.67,H4.04,N9.19，O2.72,S26.56。
参见附图2，是实施例1中制备的有机半导体材料的紫外-可见吸收光谱图，紫外-可见吸收光谱在Jasco-570紫外分析仪上测量。由图可以看出：本发明聚合物的在300nm～700nm之间有较大较宽的吸收，其中最大吸收峰位于577nm。
参见附图3，是本实施例1制备的有机半导体材料的热失重分析图，热失重曲线(TGA)测试在TA SDT2960instruments上进行，在氮气流保护下，升温速度为10K/min。由图可以看出5%的热失重温度(Td)是378℃。
以ITO/PEDOT:PSS/本实施例1有机半导体材料/Au为器件结构，该器件的结构阳极采用氧化铟锡，空穴缓冲层采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS），发光层采用本实施例制备的有机半导体材料，阴极采用金属铝，并采用空间电荷限制电流（SCLC）模型测定有机半导体材料的空穴迁移率，得到有机半导体材料的空穴迁移率为7.1×10-4cm2/Vs。
实施例2
本实施例公开了结构式如下的萘并二噻吩的给受体有机半导体材料(NDT2)，即：2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(甲氧基)萘并二噻吩，其结构式如下：
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备过程如下：
氮气和氩气混合气保护下，将2,7-二三甲基锡-4,9-二(甲氧基)萘并二噻吩(188mg,0.3mmol)、4-(5-溴噻吩-2-基)-7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑(275mg,0.63mmol)和15mL四氢呋喃加入50mL规格的两口瓶中，充分溶解后通入氮气和氩气的混合气排空气约20min后，然后将四三苯基膦钯（4mg,0.003mmol）加入其中，再充分通氮气和氩气的混合气排空气约10min后,将两口瓶加入到70℃进行Stille耦合反应24h。随后，降温后停止聚合反应，停止反应并冷却到室温，用二氯甲烷萃取三次，合并有机相，再采用无水硫酸镁干燥后旋干，粗产物采用石油醚和乙酸乙酯为淋洗液经硅胶层析柱分离，石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1，旋干溶剂后得到红色晶体，真空条件下50℃干燥24h得到产物2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(甲氧基)萘并二噻吩。产率为79%。
上述制备含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的反应式如下：
本实施例2中制备的有机半导体材料的紫外-可见吸收光谱图，紫外-可见吸收光谱在Jasco-570紫外分析仪上测量。由图可以看出：本发明聚合物的在300nm～700nm之间有较大较宽的吸收，其中最大吸收峰位于576nm。
本实施例2制备的有机半导体材料的热失重分析，热失重曲线(TGA)测试在TA SDT2960instruments上进行，在氮气流保护下，升温速度为10K/min。5%的热失重温度(Td)是389℃。
以ITO/PEDOT:PSS/本实施例2有机半导体材料/Au为器件结构，该器件的结构阳极采用氧化铟锡，空穴缓冲层采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS），发光层采用本实施例制备的有机半导体材料，阴极采用金属铝，并采用空间电荷限制电流（SCLC）模型测定有机半导体材料的空穴迁移率，得到有机半导体材料的空穴迁移率为7.8×10-4cm2/Vs。
实施例3
本实施例公开了结构式如下的萘并二噻吩的给受体有机半导体材料(NDT3)，即：2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(正二十烷氧基)萘并二噻吩，其结构式如下：
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备过程如下：
氮气保护下，将2,7-二三甲基锡-4,9-二(正二十烷氧基)萘并二噻吩(348mg,0.3mmol)、4-(5-溴噻吩-2-基)-7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑(288mg,0.66mmol)、醋酸钯(3.5mg,0.015mmol)和三（邻甲氧基苯基）膦(21mg，0.06mmol)加入到盛有12mL的N,N-二甲基甲酰胺的烧瓶中，随后往烧瓶中通氮气排空气约30min后；将烧瓶加热到120℃进行Stille耦合反应6h。停止反应并冷却到室温，用二氯甲烷萃取三次，合并有机相，再采用无水硫酸镁干燥后旋干，粗产物采用石油醚和乙酸乙酯为淋洗液经硅胶层析柱分离，石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1，旋干溶剂后得到红色晶体，真空条件下50℃干燥24h得到产物：2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(正二十烷氧基)萘并二噻吩，产率为75%。
上述制备含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的反应式如下：
本实施例3中制备的有机半导体材料的紫外-可见吸收光谱图，紫外-可见吸收光谱在Jasco-570紫外分析仪上测量。由图可以看出：本发明聚合物的在300nm～700nm之间有较大较宽的吸收，其中最大吸收峰位于578nm。
本实施例3制备的有机半导体材料的热失重分析，热失重曲线(TGA)测试在TA SDT2960instruments上进行，在氮气流保护下，升温速度为10K/min。5%的热失重温度(Td)是364℃。
以ITO/PEDOT:PSS/本实施例3有机半导体材料/Au为器件结构，该器件的结构阳极采用氧化铟锡，空穴缓冲层采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS），发光层采用本实施例制备的有机半导体材料，阴极采用金属铝，并采用空间电荷限制电流（SCLC）模型测定有机半导体材料的空穴迁移率，得到有机半导体材料的空穴迁移率为7.4×10-4cm2/Vs。
实施例4
本实施例公开了结构式如下的萘并二噻吩的给受体有机半导体材料(NDT4)，即：2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(正十二烷氧基)萘并二噻吩其结构式如下：
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备过程如下：
氮气保护下，将2,7-二三甲基锡-4,9-二(正十二烷氧基)萘并二噻吩(280mg,0.3mmol)、4-(5-溴噻吩-2-基)-7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑(301mg,0.69mmol)、三二氩苄基丙酮二钯(9mg,0.009mmol)和2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯(29mg，0.072mmol)加入到盛有12mL的N,N-二甲基甲酰胺的烧瓶中，随后往烧瓶中通氮气排空气约30min后；将烧瓶加热到110℃进行Stille耦合反应8h。停止反应并冷却到室温，用二氯甲烷萃取三次，合并有机相，再采用无水硫酸镁干燥后旋干，粗产物采用石油醚和乙酸乙酯为淋洗液经硅胶层析柱分离，石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1，旋干溶剂后得到红色晶体，真空条件下50℃干燥24h得到产物2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(正十二烷氧基)萘并二噻吩，产率为82%。
上述制备含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的反应式如下：
本实施例4中制备的有机半导体材料的紫外-可见吸收光谱图，紫外-可见吸收光谱在Jasco-570紫外分析仪上测量。由图可以看出：本发明聚合物的在300nm～700nm之间有较大较宽的吸收，其中最大吸收峰位于576nm。
本实施例4制备的有机半导体材料的热失重分析，热失重曲线(TGA)测试在TA SDT2960instruments上进行，在氮气流保护下，升温速度为10K/min。5%的热失重温度(Td)是370℃。
以ITO/PEDOT:PSS/本实施例4有机半导体材料/Au为器件结构，该器件的结构阳极采用氧化铟锡，空穴缓冲层采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS），发光层采用本实施例制备的有机半导体材料，阴极采用金属铝，并采用空间电荷限制电流（SCLC）模型测定有机半导体材料的空穴迁移率，得到有机半导体材料的空穴迁移率为8.1×10-4cm2/Vs。
实施例5
本实施例公开了结构式如下的萘并二噻吩的给受体有机半导体材料(NDT5)，即：2,7-二(5-(7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑-4-基)噻吩-2-基)-4,9-二(正己烷氧基)萘并二噻吩，其结构式如下：
上述含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备过程如下：
氮气和氩气混合气保护下，将2,7-二三甲基锡-4,9-二(正己烷氧基)萘并二噻吩(230mg,0.3mmol)、4-(5-溴噻吩-2-基)-7-(噻吩-2-基)苯并二噻二唑(314mg,0.72mmol)，醋酸钯(3.5mg,0.015mmol)和三（邻甲氧基苯基）膦(32mg，0.09mmol)加入到盛有12mL的N,N-二甲基甲酰胺的烧瓶中，通入氮气和氩气的混合气排空气约30min后,将两口瓶加入到90℃进行Stille耦合反应16h。停止反应并冷却到室温，用二氯甲烷萃取三次，合并有机相，再采用无水硫酸镁干燥后旋干，粗产物采用石油醚和乙酸乙酯为淋洗液经硅胶层析柱分离，石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1，旋干溶剂后得到红色晶体，真空条件下50℃干燥24h得到产物3,6-二(芘-2-基)-2,5-二正己烷基吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮。产率为86%。
上述制备含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的反应式如下：
本实施例5中制备的有机半导体材料的紫外-可见吸收光谱图，紫外-可见吸收光谱在Jasco-570紫外分析仪上测量。由图可以看出：本发明聚合物的在300nm～700nm之间有较大较宽的吸收，其中最大吸收峰位于575nm。
本实施例5制备的有机半导体材料的热失重分析，热失重曲线(TGA)测试在TA SDT2960instruments上进行，在氮气流保护下，升温速度为10K/min。5%的热失重温度(Td)是375℃。
以ITO/PEDOT:PSS/本实施例5有机半导体材料/Au为器件结构，该器件的结构阳极采用氧化铟锡，空穴缓冲层采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS），发光层采用本实施例制备的有机半导体材料，阴极采用金属铝，并采用空间电荷限制电流（SCLC）模型测定有机半导体材料的空穴迁移率，得到有机半导体材料的空穴迁移率为7.5×10-4cm2/Vs。
实施例6
请参阅图1，一种太阳能电池器件60包括衬底61、阳极62、缓冲层63、活性层64及阴极65。阳极62、缓冲层63、活性层64及阴极65依次形成于衬底61上。
本实施例中，衬底61为玻璃。
阳极62形成于衬底61的一侧表面。本实施例中，阳极62为为ITO（氧化铟锡），优选地，ITO是方块电阻为10-20Ω/口的氧化铟锡。
缓冲层63形成于阳极62远离衬底61的一侧表面。缓冲层63的材料为聚3,4-亚乙二氧基噻吩与聚苯乙烯-磺酸复合材料（PEDOT:PSS）。
活性层64形成于缓冲层63远离阳极62的一侧表面。活性层64包括电子给体材料及电子受体材料，电子给体材料及电子受体材料的摩尔比为1:2，其中电子受体材料为[6,6]苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM）或者[6,6]苯基-C71-丁酸甲酯（PC71BM），电子给体材料为本发明制备的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料，本实施方式中，电子受体材料为[6,6]苯基-C71-丁酸甲酯（PC71BM），电子给体材料为的实施例一中制备的NDT1，电子受体材料与电子给体材料之间的用量摩尔比为1:1～3:1。
阴极65形成于活性层64远离缓冲层63的一侧表面。阴极65可采用铝电极或者双金属层电极，例如Ca/Al或Ba/Al等，其厚度优选为170nm、150nm、130nm或100nm。本实施方式中，阴极65的材料为铝，厚度为170nm。
可以理解，缓冲层63可以省略，此时活性层64直接形成于阳极62表面。
该太阳能电池器件60的制造过程如下：
将阳极62形成于衬底61的一侧表面后进行超声波清洗，并用氧-Plasma处理后，在阳极62表面涂上一层起修饰作用的PEDOT:PSS形成缓冲层63。
在缓冲层64上涂覆一层活性层64。该活性层64包括电子给体材料及电子受体材料，其中电子受体材料为PC71BM，电子给体材料为的实施例一中制备的NDT1。
在活性层64表面形成阴极65。本实施方式中，阴极65为由真空蒸镀形成的铝层。阴极65的厚度为170nm。
在本实施例中，该太阳能电池器件60经过110摄氏度密闭条件下4小时，再降到室温，太阳能电池器件经过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，提高光电转换效率。
采用Keithley236测量器件的J-V曲线，并通过Labview软件由计算机进行控制。将500W氙灯与AM1.5G的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源，器件测量时的光强为100mW/cm2或80mW/cm2。测试结果见表一。
表一应用实施例1材料制备的有机太阳能电池的光伏性能
该太阳能电池器件60使用时，在光照下，光透过衬底61和阳极62，活性层64中的传导空穴型电致发光材料吸收光能，并产生激子，这些激子再迁移到电子给体/受体材料的界面处，并将电子转移给电子受体材料，如PC71BM，实现电荷的分离，从而形成自由的载流子，即自由的电子和空穴。这些自由的电子沿电子受体材料向阴极65传递并被阴极所收集，自由的空穴沿电子给体材料向阳极62传递并被阳极62所收集，从而形成光电流和光电压，实现光电转换，外接负载时，可对其进行供电。在此过程中，传导空穴型电致发光材料由于其具有很宽的光谱响应范围，能够更充分地利用光能，以获得更高的光电转换效率，增加太阳能电池器件的产电能力。而且这种有机材料还能减轻太阳能电池器件的质量，并通过旋涂等技术即可制作，便于大批量的制备。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种含萘并二噻吩单元的有机半导体材料，其特征在于，具有如下结构式：
其中，R为C1～C20的烷基。
2.一种含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供如下结构式表示的化合物A和化合物B，
A为：B为：其中，R为C1～C20的烷基；
在无氧环境中，将摩尔比为1:2～1:2.4的化合物A和化合物B添加入含有催化剂的有机溶剂中，在70℃～120℃进行Stille耦合反应6小时～24小时，所述催化剂为有机钯或为有机钯与有机磷配体的混合物，得到如下结构式表示的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料：
3.根据权利要求2所述的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲苯、N，N-二甲基甲酰胺及四氢呋喃中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，所述有机钯为双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯、醋酸钯或三二亚苄基丙酮二钯，所述有机膦配体为三叔丁基膦、三邻甲苯基膦或2-双环己基磷-2’,6’-二甲氧基联苯，所述有机钯与所述有机膦配体的摩尔比为1:4～1:8。
5.根据权利要求2所述的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂中的有机钯与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。
6.根据权利要求2所述的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，所述Stille耦合反应的反应温度为90℃～110℃，反应时间为8小时～16小时。
7.根据权利要求2所述的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，还包括将含萘并二噻吩单元的有机半导体材料P进行分离纯化的步骤，所述分离纯化步骤如下：向所述化合物A和化合物B进行Stille耦合反应后的溶液中加入二氯甲烷进行萃取，合并有机相干燥后，将过滤得到的固体采用石油醚和乙酸乙酯混合物作为淋洗液进行硅胶层析分离，真空干燥后得到纯化后的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料。
8.一种太阳能电池器件，包括活性层，其特征在于，所述活性层包括电子给体材料及电子受体材料，所述电子受体材料为[6,6]苯基-C61-丁酸甲酯或者[6,6]苯基-C71-丁酸甲酯，所述电子给体材料具有如下结构式的含萘并二噻吩单元的有机半导体材料：
其中，R为C1～C20的烷基。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池器件，其特征在于：所述电子受体材料与所述电子给体材料的摩尔比为1:1～3:1。
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