[發明專利]一種含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物活性層材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711333481.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108084408A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 譚松庭;彭瑞鵬;趙斌
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發明公開了一種含有烷硫基噻吩?氟代苯并噻二唑的聚合物活性層材料及其制備方法。該聚合物活性層材料屬于D?A型結構，具有熱穩定，原料普通易得，可溶液加工，生產成本較低的特點。這類聚合物活性層材料用于制備聚合物太陽能電池，在優化器件的條件下可獲得能量轉換效率為4.4～7.5％的有益效果，具有一定的實際應用價值。

技術領域

本發明涉及用于聚合物太陽能電池的聚合物活性層材料及其制備方法，具體涉及一種含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物活性層材料及其制備方法。

背景技術

傳統能源的消耗且伴隨著嚴重的環境和生態問題，因此亟需研究和開發新型能源來進行緩解。近年來，由于聚合物太陽能(Polymer Solar cells,PSCs)具有制造低成本、輕質、柔性，以及可通過高通量印刷便捷太陽能電池板的潛力，因而備受人們關注。然而，為了實現應用的目標，新型活性層材料的發展對提高器件性能起到了重要的作用。

硫原子的給電子能力雖然比氧原子弱，由于pπ(C)-dπ(S)軌道的重疊，π電子能夠從碳碳雙鍵的p軌道進入到二價硫原子的空3d軌道，因此硫原子具有一定的接受π電子的能力。這使得烷硫基側鏈在調節聚合物的光電性能起著重要的作用。其中，基于噻吩烷硫基取代的苯并噻二唑-四連噻吩交替共軛聚合物取得了7.76％的光電轉換效率(Org.Electron.,2017,40,36-41)。

氟原子本身尺寸小，范德華半徑為，引入聚合物骨架后，這使得聚合物骨架有一個更好的平面性，從而促進電荷有效的傳輸。另外，與其他原子相比較，氟原子的Pauling電負性為4.0，是所有元素中電負性最強的。這表明氟原子能夠有效的降低共軛系統的電子云密度。從而，使得最高占據軌道(HOMO)和最低空軌道(LUMO)更加穩定，能夠在不增加聚合物鏈的位阻的情況下，提高開路電壓(Voc)。再者，氟原子高的電負性通常能夠改變共軛聚合物的偶極矩，在聚合物鏈間產生很強的分子間相互作用力。進而影響納米形貌的形成，如聚合物高分子的結晶或取向，這些與聚合物太陽能電池(PSC)的電荷傳輸和復合密切相關。

本發明通過在苯并噻二唑體系中引入烷基硫噻吩，并通過調節氟原子的個數，設計合成了一類含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物給體材料，在富勒烯為受體材料的本體異質結太陽能電池中，取得了較好的光電轉換效率，具有良好的應用潛力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物活性層材料及其制備方法。

本發明的技術方案為：

一種含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物活性層材料，具有以下通式(I)：

式(I)中，R是C6-C24直鏈或支鏈烷基，E的結構式如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，X是H或F，Y是H或F，G的結構式如式(Ⅲ)中的任一結構所示：