[發明專利]一種兩親性共軛聚合物及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201910505900.4
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110229314A
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 賴文勇;薛軼博;李祥春;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本發明公開了一種兩親性共軛聚合物及其制備方法與應用，該聚合物為萘酰亞二胺(NDI)、苯并二噻吩、兩親性基團取代二溴萘酰亞二胺共聚合而得到的萘酰亞二胺聚合物衍生物。該聚合物通過引入兩親性基團，在不對光譜吸收和能級排列產生較大的影響的情況下，作為有機太陽能電池材料活性層材料或添加組分的應用，無需改變活性層給受體配比，可以有效調節微觀相分離狀態，提高激子分離效率，強化分子取向，進而顯著提升有機光伏器件光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于光電材料技術領域，具體涉及一種兩親性共軛聚合物及其制備方法與應用。

背景技術

太陽能電池作為太陽能利用的重要方面得到廣泛關注?；诰酆衔锏挠袡C太陽能電池由于成本低、質輕、可柔性化、可大面積制備等顯著優勢，使其成為最有希望的下一代能源技術。目前基于材料和器件結構的優化，有機聚合物太陽能電池的轉換效率已經可超過10％，達到可商業應用的水平。聚合物材料由于本身的結構復雜，設計存在困難，開發新的結構骨架單元成本較高。相對于開發新的結構骨架單元，通過修改側鏈，來調整和優化分子整體的結晶性等性能，從而調整有機太陽能電池性能，效果顯著而且方便快捷、成本較低，而且對于不同的結構骨架單元還具有普適性。

帶有氧原子的兩親性側鏈，例如寡聚聚乙二醇(OEG)，相比烷基鏈，具有親水性，并且能增加分子/聚合物在水或極性有機溶劑中的溶解度，Mei等2011年發現用三甘醇 (TEG)側鏈官能化的吡咯吡咯二酮(DPP)單元會發生誘導自發鏈結晶，同時提高在非鹵化溶劑中的最大溶解度。首先發現OEG鏈對分子結晶增強的是Kanimozhi，通過在吡咯吡咯二酮的共聚物中引入寡聚聚乙二醇鏈，增強了吡咯吡咯二酮本身的“側向”堆積，增強了結晶性，是吡咯吡咯二酮聚合物場效應晶體管的器件電子遷移率得到很大提升。

聚合物中引入兩親性側鏈(例如寡聚聚乙二醇)的優點：

1，兩親性側鏈具有親水性，可以提高聚合物兩相的相分離尺度。

2，兩親性側鏈鏈柔順性更好，減少π-π堆積距離，強化分子取向，增強結晶相。

3，兩親性側鏈具有多個氧原子，抗氧化性更強，有利于提高材料的器件的穩定性。

4，引入兩親性側鏈對吸收光譜和能級影響小，有利于改性，不需要因為能級和光譜匹配更換給受體。

在吸電子的苝酰二亞胺(NDI)基團的N位上引入兩親性側鏈(例如寡聚聚乙二醇)，與苯并二噻吩(BDT)偶聯作為給體聚合物。OEG側鏈修飾的NDI分子在有機溶劑中溶解性差，采用OEG側鏈修飾的NDI分子作為第三組分，以共聚的方式按比例添加，引入到給體聚合物/富勒烯衍生物(PCBM)和全聚合物的體系中；可以優化相分離尺度和結晶性，以達到增強電流和填充因子，減少激子復合，提高載流子遷移率，最終達到有機太陽能電池提高能量轉換效率的目的。

發明內容

技術問題：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種兩親性共軛聚合物及其制備方法與應用，該材料可以作為活性材料應用于制備有機太陽能電池器件。通過引入兩親性基團，在不對光譜吸收和能級排列產生較大的影響的情況下，無需改變活性層給受體配比，可以有效調節微觀相分離狀態，提高激子分離效率，強化分子取向，進而顯著提升器件光電轉換效率。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

本發明提供一種兩親性共軛聚合物，該聚合物為二溴萘酰亞二胺(NDI)、烷基錫取代苯并二噻吩、兩親性基團取代二溴萘酰亞二胺共聚合而得到的萘酰亞二胺聚合物衍生物，具有如下式I所示的通式結構：

所述的R₂、R₃為為C₁～C₃₀的直鏈烷基、支鏈烷基或烷氧基鏈中的一種；N為氮原子，O為氧原子，S為硫原子；R₁為寡聚聚乙二醇，選自以下結構中的一種：