[發明專利]一種連二噁唑類共聚物光伏材料、制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010108169.4
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111303386A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 劉波;陳朗;李朗;劉駿
• 申請（專利權）人: 湖南文理學院
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發明涉及聚合物光伏材料技術領域，具體涉及一種連二噁唑(NBO)類共聚物光伏材料、制備方法和應用，結構式如下：R為烷基，本發明的聚合物光伏材料具有合適的HOMO以及LUMO能級和寬的光學帶隙。以此類聚合物為電子給體、PC71BM或有機物為電子受體制備了聚合物太陽能電池，其最高能量轉換效率可達到4.8％，具有良好的光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及聚合物光伏材料技術領域，具體涉及一種連二噁唑(NBO)類共聚物光伏材料、制備方法和應用。

背景技術

苯并[1,2-b；4,5-b’]二呋喃(BDF)作為電子給體在聚合物太陽能電池中得到了很好的應用，是一類性能非常優異的電子給體單元[Bo Liu,Xuewen Chen,Yingping Zou,LuXiao,Xinjun Xu,Yuehui He,Lidong Li,and Yongfang Li.Macromolecules,2012,45,6896-6905.]，但是將其作為電子給體與連二噁唑(NBO)電子受體單元偶聯后應用于聚合物太陽能電池領域還未見報道。相比較連二噻唑單元，連二噁唑單元具有更加平面的分子結構，有利于分子間的堆積，有效提升載流子遷移率，從而獲得更高的光電流。

美國密西根大學的M.David Curtis課題組合成了一系列連二噁唑類有機小分子，并系統的研究了這類小分子的光學和電化學性能，得到的NBO類有機小分子在300～500nm范圍內對太陽光具有很好的吸收[Jeffrey K.Politis,Fernando B.Somoza,Jr.,JeffW.Kampf,M.David Curtis.Chem.Mater.1999,11,2274-2284]。因此，利用苯并[1,2-b；4,5-b’]二呋喃單元作為電子給體與連二噁唑電子受體單元聚合，得到的聚合物應用于太陽能電池中，預期會獲得高效的光伏性能。原因主要是該類聚合物具有更加平面的分子結構，有利于分子間的堆積，有效提升載流子遷移率，獲得高的短路電流和填充因子，進而得到高效的能量轉換效率。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種連二噁唑類共聚物光伏材料、制備方法和應用，該光伏材料為碳-碳單鍵連接的連二噁唑類共聚物，可作為電子給體材料，應用于太陽能電池。

本發明提供的一種連二噁唑類共聚物光伏材料，結構如式(Ⅰ)所示：

其中，R為烷基。

式(Ⅰ)所示的聚合物為聚{(4,8-二(烷氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二呋喃)-5’,5”-(4’,4”-二(壬基)-2’,2”-連二噁唑)}。

在本發明中，優選的，R為8～12個碳原子的直鏈或支鏈烷烴。

在本發明中，進一步優選的，所述R選自以下基團中的一種：

在本發明中，當時，合成的目標聚合物為聚{(4,8-二(異辛氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二呋喃)-5’,5”-(4’,4”-二(壬基)-2’,2”-連二噁唑)}(P1)；

當時，合成的目標聚合物為聚{(4,8-二(辛氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二呋喃)-5’,5”-(4’,4”-二(壬基)-2’,2”-連二噁唑)}(P2)；

當時，合成的目標聚合物為聚{(4,8-二(十二烷氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二呋喃)-5’,5”-(4’,4”-二(壬基)-2’,2”-連二噁唑)}(P3)。

本發明提供的一種連二噁唑類共聚物光伏材料具有良好的可加工性，并且經過初步嘗試證明具有較好的光電轉換特性，作為聚合物太陽能電池的工作介質有著廣闊的應用前景。

本發明還提供了一種所述的連二噁唑類共聚物光伏材料的制備方法，包括以下步驟：