[發(fā)明專利]一種喹喔啉類共軛聚合物及其制備方法與其在聚合物太陽(yáng)電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710354690.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108948327B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫晨凱;李永舫;張志國(guó);潘飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

本發(fā)明公開(kāi)了一種喹喔啉類共軛聚合物及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明所提供的喹喔啉類共軛聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示。本發(fā)明提供了一種喹喔啉類中等帶隙共軛聚合物材料，所述材料與窄帶隙n?型小分子受體材料在太陽(yáng)光吸收上表現(xiàn)出完美的互補(bǔ)性，并且具有合適的電子能級(jí)和較好的電荷傳輸性能，因此能夠作為電子給體材料與窄帶隙n?型小分子受體材料匹配應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)電池器件。由于本發(fā)明中喹喔啉類共軛聚合物合成步驟簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，并且制備的聚合物太陽(yáng)電池器件光譜響應(yīng)范圍寬，開(kāi)路電壓高，填充因子高，有望在聚合物太陽(yáng)電池的商業(yè)化中得到應(yīng)有。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種喹喔啉類共軛聚合物及其制備方法與其在聚合物太陽(yáng)電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著化石能源的日漸消耗，能源問(wèn)題日益成為全球迫在眉睫的問(wèn)題，而太陽(yáng)能具有清潔、綠色無(wú)污染、分布廣泛、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)而最具發(fā)展前景，開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能將是一種有效應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的方法。自有機(jī)共軛聚合物在1977年被研究發(fā)現(xiàn)可以作為半導(dǎo)體材料[J.Chem.Soc.Chem.Comm.,1997,16,578-580]，相關(guān)它的研究倍受矚目。可溶液加工、柔性、可低成本制備成為其突出的優(yōu)勢(shì)。在窄帶隙聚合物領(lǐng)域，較窄帶隙(帶隙Eg1.6eV)聚合物可以用于許多應(yīng)用，例如聚合物近紅外發(fā)光二極管、聚合物太陽(yáng)電池、生物鏡像、近紅外檢測(cè)以及電致變色等領(lǐng)域。到目前為止，經(jīng)過(guò)對(duì)分子結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)和加工工藝的優(yōu)化，基于窄帶隙聚合物給體或小分子給體與富勒烯受體(PCBM,ICBA)共混制備的太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)化效率已突破10％，這顯示出窄帶隙聚合物在有機(jī)太陽(yáng)電池中的巨大應(yīng)用前景[李永舫,Acc.Chem.Res.,2012,45(5),pp 723-733]。然而以PCBM為代表的富勒烯衍生物受體存在著諸多缺點(diǎn)，如在可見(jiàn)光區(qū)吸收較弱、難于調(diào)控能級(jí)、提純較困難等，因此，近年來(lái)研究人員發(fā)展了一系列非富勒烯受體，值得注意的是，以稠環(huán)共軛單元為核(例如引達(dá)省)，齊聚噻吩為二橋，末端連接拉電子單元的A-D-A型共軛分子由于其平面性好，分子堆積較有序，并且可以通過(guò)調(diào)整不同的核及拉電子單元來(lái)調(diào)整其能級(jí)和吸收，因此近年來(lái)備受關(guān)注[Adv.Mater.,2015,27(7),1170-1174；Acc.Chem.Res.,2015,48(11),2803-2812]。此類A-D-A型分子最大的優(yōu)點(diǎn)是其吸收能夠在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域進(jìn)行有效調(diào)控，通常為窄帶隙n-型受體材料。比如ITIC[Adv.Mater.2015,27(7),1170-1174]，其吸收邊際在780nm，對(duì)應(yīng)的光學(xué)帶隙為1.59eV。

在聚合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，選擇吸收互補(bǔ)的給受體對(duì)于提高電池的性能至關(guān)重要。因而發(fā)展具有和這些n-型窄帶隙受體材料在光學(xué)吸收上互補(bǔ)的中等帶隙給體聚合物材料勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種喹喔啉類共軛聚合物及其制備方法。

本發(fā)明所提供的喹喔啉類共軛聚合物，其結(jié)構(gòu)式如式I所示，

式I中，R₁、R₂相同或不同，各自獨(dú)立的表示氫原子、氟原子、烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酰基、酰氧基、酰硫基、酯基、胺基、酰胺基、烯基、炔基、羧基或氰基。上述各基團(tuán)中包含的烷基為碳原子數(shù)1-25的直鏈或支鏈烷基。

X₁、X₂相同或不同，各自獨(dú)立的表示氫原子、氟原子、烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酰基、酰氧基、酰硫基、酯基、胺基、酰胺基、烯基、炔基、羧基或氰基。上述各基團(tuán)中包含的烷基為碳原子數(shù)1-25的直鏈或支鏈烷基；

Ar可以為下述任一種基團(tuán)：

1)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃或取代或未取代的硒吩；