[发明专利]以4-烷氧基噻吩作为共轭侧链的给体-受体聚合物和具有其的组合物

说明书

本发明涉及有机半导体材料领域。本发明涉及一种以4‑烷氧基噻吩(AOT)环作为共轭侧链的给体‑受体的共轭聚合物、包括该共轭聚合物的组合物和含有该共轭聚合物的光伏器件。

技术领域

本发明一般涉及有机半导体材料领域，特别地涉及含有作为共轭侧链的4-烷氧基噻吩(AOT)的给体-受体聚合物，和含有其的光伏器件。

背景技术

本体异质结(BHJ)聚合物太阳电池(PSC)作为一种迫切需求的光伏技术，拥有在许多新应用中的潜力，比如半透明环保房子、窗户以及柔性有机电子器件。最近，聚合物太阳电池的能量转换效率(PCE)已经超过10％，可以跟非晶硅太阳电池相媲美。拥有易合成的有机活性层材料与大规模溶液加工制备的优点，PSC可能具有较无机太阳电池更低的成本。其它优势，比如柔性、半透明、以及轻便，促使PSC可以对无机太阳电池难以应用的新领域具有潜力。

半导性聚合物给体对发展高性能BHJPSC十分重要，通常需要将它与富勒烯受体共混形成活性层。在众多高性能共轭聚合物当中，苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩(BDT)似乎是一种多功能的构建单元。BDT中的稠环结构可以使所得聚合物具有刚性骨架和良好平面性，有利于电荷的离域和链间相互作用，从而提高聚合物的迁移率。此外，可以通过对BDT单元进行简单的化学修饰来容易地合成具有合适的能级、溶解性以及恰当的侧链的聚合物。许多工作集中在对BDT进行化学修饰获取高性能的光伏聚合物，从烷氧基、烷基与烷硫基到二维共轭侧链，如烷基、烷氧基或烷硫基取代噻吩，苯以及烷基取代噻吩并[3,2-b]噻吩。

材料成本与加工方法是PSC作为一项太阳能广泛利用技术要考虑的其它重要因素。然而，一些高效的给体聚合物需要复杂的合成流程。理论上，活性层材料的成本随着获得各个有机光活性化合物所需的合成步骤的数量线性增加，由此具有高性能的易得给体共聚物是优选的。此外，大多数给体聚合物需要用到卤素溶剂处理，比如氯仿(CF)、氯苯(CB)、邻二氯苯(o-DVB)，而这些溶剂是危险的且不利于大规模制备。当采用非卤素溶剂加工时，大多数高性能的给体材料表现出较低的光伏性能(PCE小于8％)。PTB7-TH与PffBT4T-2OD采用邻-甲苯并以对甲氧基苯甲醛为添加剂时分别可以获得8.5％与9.5％的PCE。然而，这些采用非卤素溶剂处理的高性能PSC都需要经受高温旋涂步骤的复杂性和对于添加剂或两者的殷切需求。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种可行的方法，通过引入4-烷氧基修饰噻吩作为共轭侧链来改善BDT基聚合物的光伏性能。

本发明另外的一个目的是提供一种方法，通过4-烷氧基噻吩作为侧链链接到主链上来提高给体-受体聚合物的开路电压。

本发明进一步的目的是提供一种包括光活性层的光伏器件，光活性层包含有机共轭聚合物。

本发明进一步的目的是提供一种包括从非卤素溶剂处理的光活性层的光伏器件。

技术方案

依据本发明的实施方案，提供了一种给体-受体聚合物，包括链接到聚合物主链上作为侧链的式(I)的4-烷氧基噻吩(AOT)，

其中R₁选自由-(CH₂)_mH、-O(CH₂)_mH和-S(CH₂)_mH组成的组，其中m是1到20的整数，R₂是-(CH₂)_nH，其中n为1到12范围内的整数。