[發明專利]一類側鏈功能化的共軛聚合物給體與添加劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201610070971.2
• 申請日: 2016-01-30
• 公開（公告）號: CN105669954B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 黃飛;曹鏞;樊寶兵
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C07D249/20;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開一類側鏈功能化的共軛聚合物給體與添加劑及其制備方法與應用。該共軛聚合物添加劑的側鏈含有極性芳香基團，可以提升材料的表面能，從而改善給體和受體的相容性；其用于本體異質結太陽電池活性層添加劑時，高偶極矩側鏈可以在給體和受體的界面處引入界面偶極，促進激子解離，減弱電荷復合；其最高占據分子軌道（HOMO）能級處于給體的HOMO能級和受體的HOMO能級之間，且最低空置分子軌道（LUMO）能級處于給體LUMO能級和受體的LUMO能級之間，可以促進電荷在給體與受體間轉移；其通過與給體和受體均產生一定相互作用來調節給體相和受體相的聚集，優化給體和受體的相分離，改善活性層的形貌。

技術領域

本發明屬于有機光電材料技術領域，具體涉及一類側鏈功能化的共軛聚合物給體與添加劑及其制備方法與應用。

背景技術

有機太陽電池材料及器件由于材料易得、柔性、加工過程簡單、成本低廉以及可采用溶液法制備大面積器件等優點，因而具有巨大的商業開發和應用前景。其中，基于本體異質結結構的有機太陽電池由于光電轉換效率較高而成為近年來該領域的研究熱點。

目前本體異質結聚合物太陽電池主要立足于窄帶隙聚合物給體材料以及富勒烯類小分子受體材料(PCBM)，利用窄帶隙材料較寬的太陽光譜吸收，可以在長波段彌補PCBM吸收的不足，形成互補吸收，從而更大程度利用太陽光。然而窄帶隙材料由于HOMO能級較高，不利于獲得更高的器件開路電壓；而寬帶隙材料卻具有較低的HOMO能級，因而基于寬帶隙材料的器件一般開路電壓較高。寬帶隙材料雖然吸收較窄，但若用于三元共混或串聯太陽電池卻可以與窄帶隙材料互補，實現可見光的全范圍吸收。另外，由于PCBM吸收較弱、容易聚集等局限性，就長遠來看，其可能會被吸收較寬、成本較低且更加穩定的線型小分子受體代替；而這類小分子受體的吸收一般與寬帶隙材料更加互補，所以寬帶隙材料在有機太陽電池中具有很大的潛力。

目前比較高效的寬帶隙材料以苯并三唑類聚合物為主，目前已實現超過7％的光電轉換效率。然而這類材料由于分子結構以及表面能等因素影響使其與PCBM的相容性較差，從而導致活性層共混膜形貌不佳。而傳統的形貌優化方法一般以采用溶劑添加劑為主，例如添加1,8-二碘辛烷(DIO)。DIO的高沸點性質極易使其殘留而影響器件光伏性能；另外DIO的普適性較差，對于具有相同苯并三唑主鏈的材料，側鏈烷基鏈的差異就會導致其所產生的效果完全不同，有時甚至會導致器件光伏性能大幅下降。

發明內容

本發明的目的在于克服目前溶劑添加劑方法對于電池器件活性層共混膜形貌調節的不足，提供一類側鏈功能化的共軛聚合物給體與添加劑及其制備方法與應用，該共軛聚合物添加劑是側鏈端基為極性芳香基團的苯并三唑類的“給體-受體”型共軛聚合物添加劑(PBTA-FPh，PBTA-Py)，側鏈功能化的共軛聚合物給體是一種具有側鏈的苯并二噻吩和苯并三唑類聚合物給體(PBTA-BO)。

一類側鏈功能化的共軛聚合物添加劑，該共軛聚合物添加劑的結構如下：

其中，D為電子給體單元；Ar為芳香基團；電子給體D與苯并三唑單元以共軛方式連接；n為所述共軛聚合物的聚合度，范圍為1-30。

進一步地，所述D為噻吩、連噻吩、并噻吩、苯、芴、咔唑、吲哚咔唑、硅芴、二噻吩并環戊二烯、二噻吩并噻咯、二噻吩并鍺、二噻吩并硒、苯并二噻吩、萘并二噻吩、苯并雙并噻吩、引達省并二噻吩及以上所有結構的衍生物的一種以上。

所述Ar具有但不限于如下化學結構的一種：

其中，R為1-12個碳原子數的烷基。

以上所述的一類側鏈功能化的共軛聚合物添加劑的制備方法，具體制備步驟如下：