[發明專利]三并噻吩類共軛聚合物材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201510043752.0
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104592499B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 霍利軍;孫艷明
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種三并稠環噻吩類聚合物材料及其制備方法與其在光電轉換器件中的應用。

背景技術

太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源，在目前的能源結構中，化石能源日益枯竭、環境污染日漸嚴重，加強將太陽能轉換成電能的太陽能電池的研究成為各國所關注的重要新技術之一。近年來，有機(包括聚合物)光伏器件因其具有重量輕、成本低以及可以制成柔性大面積器件等突出優點，成為太陽能電池的研究熱點，其最高能量轉化效率已經達到8～10％，(Samuel C.Price,Andrew C.Stuart,Liqiang Yang,Huaxing Zhou,Wei You,J.Am.Chem.Soc.2011,133,4625–4631；Ta-Ya Chu,Jianping Lu,Serge Beaupre,Yanguang Zhang,Jean-Remi Pouliot,Salem Wakim,Jiayun Zhou,Mario Leclerc,Zhao Li,Jianfu Ding,Ye Tao,J.Am.Chem.Soc.2011,133,4250–4253；Yongye Liang,Zheng Xu,Jiangbin Xia,Szu-Ting Tsai,Yue Wu,Gang Li,Claire Ray,Luping Yu,Adv.Mater.2010,22,E135–E138；Hsiang-Yu Chen,Jianhui Hou,Shaoqing Zhang,Yongye Liang,Guanwen Yang,Yang Yang,Luping Yu,YueWu,Gang Li NATURE PHOTONICS,2009,3,649-653；Ming-Shin Su,Chih-Yin Kuo,Mao-Chuan Yuan,U-Ser Jeng,Chun-Jen Su,Kung-Hwa Wei Adv.Mater.2011,23,3315–3319；)讓人們看到有機(包括聚合物)太陽能電池可商業化應用的前景。

相對于無機半導體太陽能電池，有機太陽能尤其是聚合物太陽能電池的效率還不夠高，性能還不穩定。制約其能量轉換效率的主要因素是電池的光譜響應范圍與太陽光地面輻射光譜不匹配、載流子的遷移率不高以及電極對其收集效率低等。而作為聚合物太陽能電池的主要組成部分，光活性層材料的改進、尤其是共軛聚合物材料的結構和性能改進是聚合物太陽能電池研究的一個重點。

從高效有機聚合物光伏材料發展至今，不難發現現在高效率聚合物給體材料絕大部分都是由給體-受體型(D-A)或者芳香式-醌式(Ar-Q)結構構成的。其中特別受到關注的是醌式結構中的噻吩并噻吩(TT)單元，它具有較強的醌式結構，和其它芳香式較強的結構單元交替共聚可以形成窄帶隙聚合物光伏材料。由于這類光伏材料帶隙較窄、分子能級較為合適，所以基于該類共軛稠環分子構建的聚合物太陽能給體材料在近些年表現出突出的光伏性能。從2008年的5.1％的轉化效率一直提高到目前9％。相比較芳香式給體單元數量眾多、特性多樣化，醌式受體單元到目前為止也只有TT這樣一個單元性能比較突出。因此，設計和開發新型新型具有較強醌式受體的軛聚合物單元及材料以及探索材料的優化途徑，是非常重要和有意義的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種較強醌式受體的聚合物光電材料及其制備方法。

本發明所提供的聚合物其結構式如式I所示：

其中，R代表氫或者具有1-30個碳原子的烷基；

Ar選自未取代或取代的下述基團中的任意一種：亞乙烯基、亞乙炔基、單環亞芳基、雙環亞芳基、三個環的亞芳基、單環雜亞芳基、雙環雜亞芳基、三個環的雜亞芳基；

n代表聚合物的重復單元個數，為5-1000之間的自然數。

在本發明所述式I的聚合物中，Ar包括但不限于如下單元，Ar與三并噻吩中的噻吩以單鍵相連；

上述基團中R為氫、具有1-20個碳原子的烷基、具有1-20個碳原子的烷氧基、酯基、砜基、氟代烷基、亞乙烯基、亞乙炔基、單環亞芳基、雙環亞芳基、含三個環的亞芳基、單環雜亞芳基、雙環雜亞芳基、或者含三個環的雜亞芳基；

n代表聚合物的重復單元個數，為5-10000之間的自然數。