[发明专利]含功能化极性侧链基团的共轭金属聚合物光电材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类共轭聚合物及高分子光电材料领域，特别涉及含功能化极性侧链基团的共轭金属聚合物光电材料及其应用。

背景技术

有机/聚合物太阳电池器件（Organic Solar Cells，OSC，[WO 94/05045-A]、[US 5331183-A]、[WO 2002/101838-A]）由于材料设计灵活多变，可以使用大规模、低成本溶液加工工艺制备器件而具有广泛的应用前景。

为了实现高效的有机/聚合物太阳电池器件，电子和空穴分别从阴极和阳极高效的传输、抽提是其中的关键。因此，很多高效的有机/聚合物太阳电池器件都是采用多层器件结构，即除了光活性层外，还含有一层或多层空穴传输/抽提层或电子传输/抽提层。因此，除了开发优异的光活性层料，开发优异的电子传输/抽提材料和空穴传输/抽提材料也是实现高效有机/聚合物太阳电池器件的关键。

我们此前的研究发现共轭聚电解质及其中性前驱体是一类非常优异的电子注入/传输材料(Chem.Mater.2004,16,708;Adv.Mater.2004,16,1826;中国专利ZL200310117518.5)。这类材料在极性溶剂中有很好的溶解性，同时具有优异的电子传输性能，从而使得制备高效多层结构的聚合物电致发光器件成为可能。此外，这类材料还能有效的增加从高功函数的金属（如铝，银，金）向聚合物半导体的电子注入，更有利于以印刷的方式实现高分子多层器件（Adv.Mater.2007,19,810）。后续的研究表明，这类共轭聚电解质材料不但可用于发光器件，还可作为界面修饰层大幅提高有机/聚合物太阳能电池、场效应晶体管的性能（Chem.Soc.Rev.2010,39,2500;Adv.Funct.Mater.2012,22,2846;Sol.Energy Mater.Sol.Cells2012,97,83;Chem.Mater.2012,24,1682;Nat.Photonics2012,6,591;Energy Environ.Sci.2012,5,8208）。

在有机/聚合物太阳电池器件中，共轭聚电解质及其中性前驱体作为阴极界面修饰层，可大幅降低稳定金属阴极（氧化铟锡（ITO）、铝、金、银等）的功函数，有效的增加从光活性层有机/聚合物半导体向高功函数的金属（如氧化铟锡、铝、金、银）的电子传输/抽提，实现高效有机/聚合物太阳电池器件。由于共轭聚电解质及其中性前驱体的低电导性，有机/聚合物太阳电池器件性能对阴极界面修饰层厚度非常敏感，随着阴极界面修饰层厚度增加，器件串联电阻增加，有机/聚合物与金属阴极欧姆接触性变差，有机/聚合物太阳电池器件性能下降。并且由于共轭聚电解质及其中性前驱体阴极界面修饰层较薄，难以有效利用阴极界面修饰层的光学阻隔层性能分布太阳光强提高有机/聚合物太阳电池的光电流。

金属有机/聚合物由于其丰富的光学性能、金属-金属超分子相互作用而具有广泛的应用前景。与共轭聚电解质及其中性前驱体相比，含功能化极性侧链基团的共轭金属聚合物主链含有金属原子，能够通过金属-金属相互作用增强聚合物的有序排列，提高载流子迁移速率；与金属有机/聚合物相比，含功能化极性侧链基团的共轭金属聚合物侧链含有阴极界面修饰能力、水醇溶性的强极性功能基团，能降低金属阴极的功函数，提高从光活性层有机/聚合物半导体到金属阴极的电子传输/抽提，实现高效的有机/聚合物太阳电池器件。含功能化极性侧链基团的共轭金属聚合物兼有共轭聚电解质及其中性前驱体的阴极界面修饰能力和金属有机/聚合物高载流子迁移特性。

然而含功能化极性侧链基团的共轭金属聚合物却一直没有引起关注，鲜有报道。本发明，首次将具有阴极界面修饰能力、水醇溶性的强极性功能基团链接到共轭金属聚合物的侧链，并将其应用于有机/聚合物太阳能电池器件，取得较好的性能。

发明内容

本发明提供能够降低电子的注入势垒和提高电子传输特性的含功能化极性侧链基团的共轭金属聚合物光电材料合成及其应用，这种材料不仅能通过金属-金属超分子相互作用构筑高有序、高载流子迁移特性的物理交联的互穿网络聚合物，而且还能通过其极性侧链基团与金属阴极形成偶极子来降低电子从光活性层有机/聚合物半导体到金属阴极的传输势垒和提高电子的传输能力。

本发明的含功能化极性侧链基团的共轭金属聚合物光电材料具有如下结构：