[发明专利]含苯并二酰亚胺环的n型水醇溶性共轭聚合物及其在有机/聚合物光电器件中的应用

说明书

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及含苯并二酰亚胺环的n型水醇溶性共轭聚合物在有机/聚合物光电器件中的应用。

背景技术

有机光电材料与器件所运用的聚合物半导体材料不仅具备金属或半导体的电子特性，更具备低成本、质量轻、可低温加工、易于实现大面积制备等特点，满足工业化大生产和大面积推广的要求，具有广大的商业前景。自从1987年美国邓青云研究组提出有机小分子薄膜电致发光器件[Applied Physics Letters,1987,51,913.]以来,有机显示技术得到飞速发展。与此同时有机太阳电池、有机场效应晶体管、有机生物化学传感器等有机光电领域也得到蓬勃发展。目前，新能源技术作为前沿科学的热门研究领域之一，引起国内外的广泛关注。太阳能作为新能源中极为重要的一部分，具备清洁、可再生、覆盖范围广等特点。并且新型的有机太阳电池效率已突破12％，市场潜力巨大。

目前高效太阳电池器件一般需要采用多层器件结构，为了使电子和空穴能分别高效地被抽取到阴极和阳极，常常会在活性层之外添加空穴传输层和电子传输层。因此，具有优异性能的电子传输层对实现高效太阳电池器件具有重要意义。

在器件制备时，水醇溶共轭聚合物作为电子传输层，可以使用甲醇等正交性溶剂直接在活性层膜上进行加工，从而避免了对活性层的破坏。同时研究表明水醇溶共轭聚合物具有良好的界面修饰性能，能够提高有机光电器件的性能。

2004年，Huang等人制备发现侧链为中性胺的共轭聚合物PFN和季铵盐PFN-Br可采用环境友好型溶剂加工，PFN可以作为电子传输材料提高聚合物发光二极管性能。后来，PFN和PFN-Br也作为电子传输层被用在聚合物太阳电池中，并且能提高聚合物太阳电池的器件性能[Chem Mater,2004,16:708-716；Adv Mater,2004,16:1826-1830.]。He等人在聚合物太阳电池的活性层与阴极材料之间旋涂一层5nm厚的PFN，所得到的器件结果表明，相比于纯铝作为阴极的器件，短路电流(JSC),开路电压(VOC)和FF都有极大的提高[Adv Mater.2011,23(40):4636-4643.]。

此前的由于大多数水醇溶共轭聚合物的电导率相对较低，最低未占有轨道(LUMO)能级过高，在一定程度上不利于电子的传输，所以当其应用到聚合物太阳电池中时，其厚度不能太厚。一般的，此类材料在光电器件中厚度需要小于5nm。这对于未来聚合物太阳电池的工业化是非常不利的。高导电的水醇溶共轭聚合物电子传输材料将会使得其能够适于将来工业上更宽的厚度要求。而n型聚合物拥有更高的电子迁移率和更加匹配的LUMO能级，更加有利于电子的传输。因此，开发新型n型水醇溶共轭聚合物对于有机光电器件性能的提高具有重要意义。

发明内容

为了实现与活性层材料更加匹配的LUMO能级，本发明提供了一类含苯并二酰亚胺环的n型水醇溶共轭聚合物及其应用。

本发明的技术方案如下：

含苯并二酰亚胺环的n型水醇溶性共轭聚合物，其特征在于，具有如下结构：

其中C为由一种或多种芳香基团组成的共轭单元；A和B为氢原子或具备水醇溶性的极性基团，且A和B中至少有一个为水醇溶性极性基团；R_A、R_B为相同或不同的烷基链；D为C结构与苯并二酰亚胺环连接的单元，所述D为碳碳单键、碳碳双键或碳碳叁键；0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＝1；n为1～20000的正整数。

进一步地，所述水醇溶性极性基团为胺基、磷基、季铵盐基团、磷酸盐基团、磺酸盐基团、醋酸盐基团、磷酸酯基团和季磷盐中的一种以上。

进一步地，烷基链R_A、R_B为具有1～30个碳原子的直链、支链或环状烷基链。

进一步地，所述烷基链的烷基上的碳原子被氧原子、羟基、氨基、烯基、炔基、芳基、硝基、酯基、巯基或氰基取代。

进一步地，所述烷基链的烷基上的氢原子被氟原子、溴原子、氯原子或碘原子取代。

进一步地，所述C选自以下中一种以上的共轭单元：

上述结构式中的R为氢原子或具有1～30个碳原子的直链、支链或环状烷基链，或者烷基上的碳原子被氧原子、羟基、氨基、烯基、炔基、芳基、硝基、酯基、巯基、氰基取代，或者烷基上的氢原子被氟原子、溴原子、氯原子或碘原子取代。