[發明專利]一種電子傳輸型聚合物及其制備方法、電子傳輸型薄膜和有機光伏電池器件

有效

• 申請號: 202110053325.6
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112876656B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 李正;王明;陳春海;黃峻;高佳欣
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/44
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 馬小星

本發明提供了一種電子傳輸型聚合物及其制備方法、電子傳輸型薄膜和有機光伏電池器件，涉及有機高分子半導體材料技術領域。本發明提供的含有吸電子側基的電子傳輸型聚合物，結構具有高度平面性，有利于載流子的傳輸；本發明提供的電子傳輸型聚合物具有多個烷基支鏈，使聚合物具有良好的溶解性，在器件制備中聚合物溶液可以以滴涂或者旋涂的方式在基質上形成薄膜，有利于優化薄膜的形貌，提高器件的性能；本發明提供的電子傳輸型聚合物具有良好的熱穩定性，對太陽光有較好的響應，聚合物的光學帶隙為1.3～1.4eV，使聚合物的吸收與太陽光譜更加匹配，實現對太陽光光譜更寬的覆蓋，可以作為有機光伏電池器件的電子受體材料組分。

技術領域

本發明涉及有機高分子半導體材料技術領域，具體涉及一種電子傳輸型聚合物及其制備方法、電子傳輸型薄膜和有機光伏電池器件。

背景技術

聚合物太陽能電池(PSCs)由于其制備簡單、輕量化和大面積卷對卷加工的潛力引起了人們的廣泛關注(Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,58–77；Nat.Photon.2012,6,153–161；Acc.Chem.Res.2012,45,723–733；Energy Environ.Sci.2015,8,1160–1189；ActaPolym.Sin.2019,50,988–1046.)。最近，使用共軛聚合物作為電子給體(D)材料、小分子電子受體(A)作為受體材料的體異質結PSCs取得了巨大的進展，其能量轉化效率(PCE)已經超過16％(Adv.Mater.2019,31,1902210；Energy Environ.Sci.2019,12,3328–3337；J.Am.Chem.Soc.2020,142,1465–1474.)。

全聚合物太陽能電池(All-PSCs)由于電子給體材料與受體材料均使用聚合物，因而具有其獨特的優勢，比如良好的形貌穩定性以及機械穩定性(Acc.Chem.Res.2016,49,2424–2434；Chem.Rev.2019,119,8028–8086.)。然而與使用小分子非富勒烯作為電子受體的PSCs相比，All-PSCs的發展仍遠遠落后，主要在于有限的化學結構限制了全聚合物太陽能電池的能量轉換效率。

當前，只有少部分使用非富勒烯聚合物電子受體的All-PSCs的能量轉換效率可以達到8％，而且它們絕大數是基于PDI、NDI或者是B-N雜化的聚合物材料(Chem.Commun.2011,47,5109–5115；Adv.Mater.2012,24,613–636；Chem.Rev.2014,114,8943–9021；Chem.Rev.2016,116,11685–11796；Chem.Mater.2020,32,1308–1314.)。限制All-PSCs能量轉換效率提高的主要因素在于現有的聚合物體系吸收光譜窄、摩爾吸收系數低等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電子傳輸型聚合物及其制備方法、電子傳輸型薄膜和有機光伏電池器件，本發明提供的含有吸電子側基的電子傳輸型聚合物能夠克服聚合物非富勒烯體系結構單一、化學可調性差等問題，具有較高的遷移率，且能級可調。本發明提供的電子傳輸型聚合物能夠有效匹配太陽光光譜，在全聚合物太陽電池器件中可以作為電子受體材料使用。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種含有吸電子側基的電子傳輸型聚合物，具有式I所示結構：

式I中，R₁為碳原子數1～60的烷基；n為2～2000；π₁和π₂獨立地為芳香共軛單元；A為X為氫、氟或氯。