[發明專利]一種主鏈給體-側鏈受體型共軛聚合物及其制備和應用

有效

• 申請號: 201711304290.9
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108034042B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 黃飛;胡志誠;應磊;曹鏞
• 申請（專利權）人: 華南協同創新研究院
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 44245 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊燕瑞<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明屬于高分子光電材料領域，公開了一種主鏈給體?側鏈受體型共軛聚合物及其制備方法和在單組分有機太陽電池中的應用。本發明共軛聚合物結構如下：其中，n為小于等于100萬的正整數，a為3～40的正整數，R為甲基、甲氧基、腈基或氟原子，R₁、R₂、R₃、R₄相同或不同的分別為烷基鏈，A為缺電子共軛單元結構，為苯并噻二唑及其衍生物、苯并三唑酰亞胺及其衍生物、萘二并噻二唑及其衍生物、萘二并三唑及其衍生物中的至少一種。本發明共軛聚合物主鏈為P型共軛結構，側鏈引入窄帶隙吸光型n型小分子，將其應用于單組分有機太陽電池，不需要給受體；通過調節側鏈烷基鏈的長度，可有效增強電池器件活性層的納米相分離，提高器件效率。

技術領域

本發明屬于高分子光電材料領域，特別涉及一種主鏈給體-側鏈受體型共軛聚合物及其制備方法和在單組分有機太陽電池中的應用。

背景技術

隨著全球對于能源需求的逐年增加，石油、煤炭等傳統能源的日益枯竭，以及對保護地球生態環境的需要，全世界越來越多的科學家將研究集中在氫氣、太陽能等取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。已經成熟的無機硅、砷化鎵、磷化銦等基于無機材料的光伏器件已經在市場上占有主導地位，然而由于其對于材料純度的要求高，加工過程中會產生高能耗及污染等問題，且其價格非常昂貴，因此在追求低成本和綠色環保的今天，其大規模應用受到了限制。

有機光伏器件作為一種新型薄膜光伏電池技術，具有全固態、光伏材料性質可調范圍寬、可實現半透明、柔性電池、具有大面積低成本制備潛力等突出優點。有機材料的光伏性能可調范圍寬，可利用化學手段對材料的能級、載流子遷移率以及吸收等性能進行有效的調控。有機/聚合物光伏器件可采用打印、印刷等方法進行加工，可借鑒傳統塑料的加工工藝，通過卷對卷滾動加工流程制造大面積、柔性的薄膜光伏器件，該生產工藝能夠有效降低光伏電池的制造成本。有機光伏器件幾乎不受環境和場地限制，在許多場合可將光能轉換為電能，同時與無機半導體光伏器件有非常強的互補性，無疑具有巨大的商業開發價值和市場競爭力。因此有機光伏器件的研究引起了廣泛關注，以有機光伏器件為核心的科學研究已經成為世界范圍內競爭激烈的材料科學前沿研究領域。

有機太陽電池活性層經歷了從單組分到雙組分以及多組分共混體系的發展。目前，代表性的結構為由一個給體和一個受體共同組成的本體異質結結構，展現出了優良的光電轉化效率。與此同時，單組分太陽電池也一直受到人們的廣泛關注，受本體異質結啟發，人們設計一個分子中同時含有給受體的嵌段共軛聚合物用于光活性層，但是器件效率遠低于預想值。主要原因是在嵌段共聚物中給受體很難形成合適的納米相分離，使得在電池器件中電荷很容易復合。

對此，本發明通過對共軛聚合物分子結構的調節，設計合成了一系列主鏈給體-側鏈受體型共軛聚合物并將其用于有機太陽電池。所述主鏈給體-側鏈受體型共軛聚合物可單獨作為有機太陽電池活性層，而不需要給受體。所述共軛聚合物主鏈為P型共軛結構，側鏈引入窄帶隙吸光型n型小分子，使得新型的共軛聚合物在可見光-近紅外區有良好的吸收；而且通過調節側鏈烷基鏈的長度，可以有效增強電池器件中活性層的納米相分離，進而提高器件效率。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種主鏈給體-側鏈受體型共軛聚合物。

本發明另一目的在于提供上述主鏈給體-側鏈受體型共軛聚合物的制備方法。

本發明再一目的在于提供上述主鏈給體-側鏈受體型共軛聚合物在單組分有機太陽電池中的應用。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種主鏈給體-側鏈受體型共軛聚合物，結構如下：