[发明专利]含寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n-型共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用

说明书

本发明涉及含寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n‑型共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用。所述的寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n‑型共轭聚合物其结构式如下，其中Ar1和Ar2为芳香基团；所述R1和R2为H、C_1~50烷基直链或支化链；所述m为1~10的整数；所述0<x<1，0<y<1，x+y=1；所述n为1~10000的自然数。该聚合物具有合适的电子传输性能，应用于有机光电器件中具有合适的共混膜形貌，制备出的器件具有高的性能和/或好的长期稳定性。

技术领域

本发明涉及有机光电材料领域，具体涉及含寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n-型共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用。

背景技术

由于全球对于能源需求的逐年增加，石油、煤炭等传统能源的日益枯竭，以及对保护地球生态环境的需要，全世界越来越多的科学家将研究集中在开发和利用风能、地热能、太阳能等取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。

基于有机/聚合物材料的有机/聚合物太阳电池作为一种新型薄膜光伏电池技术，具有全固态、可实现半透明、可制成柔性器件等优点。此外，有机/聚合物太阳电池可采用低成本的卷对卷加工方法加工制备大面积器件。有机/聚合物太阳电池的使用几乎不受环境和场地限制，与无机半导体太阳电池有非常强的互补性，具有巨大的商业开发价值和市场竞争力。有机/聚合物材料的光伏性能可调范围宽，可利用化学手段对材料的，电子能级、载流子迁移率以及溶液加工等性能进行有效的调控。因此有机/聚合物太阳电池的研究引起了广泛关注，以有机/聚合物太阳电池为核心的科学研究已经成为一个世界范围内竞争激烈的材料科学前沿研究领域。

目前研究广泛的有机/聚合物太阳电池的是基于Heeger,A J等人(Science1995,270,1789.)于1995年提出的体相异质结模型的器件，其核心是有机/聚合物太阳电池的光活性层由给体和受体两种材料组成的异质结结构。这类异质结的结构由于二十多年的发展已经在效率上取得10％–13％(Nat.Commun.2013,4,1446；J.Am.Chem.Soc.,2017,139,7148.)的突破。但这种体相异质结的结构其活性层共混形貌对其电池器件性能和稳定性的影响十分严重，使得其在材料批次、大面积制备、工业化应用等多方面存在着非常高的技术门槛。

发明内容

为了克服上述现有技术中体相异质结有机/聚合物太阳电池器件结构中光活性层的共混膜形貌难以控制和稳定性差的缺点，本发明的目的在于提供一种具有优异的共混活性层形貌的n-型共轭聚合物受体材料，和聚合物给体混合后制备出理想形貌、长期稳定的聚合物/聚合物太阳电池器件。其核心技术为含寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n-型共轭聚合物，与现有聚合物受体材料不同的是，此类含寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n-型共轭聚合物在部分寡聚乙二醇基侧链的作用下能与聚合物给体材料形成理想稳定的光活性层形貌，最终能制备得到高效稳定的聚合物/聚合物太阳电池器件，因此该含寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n-型共轭聚合物有望替代现有的商业化聚合物受体。

本发明的目的通过下述方案实现：

含寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n-型共轭聚合物，具有如下结构：

其中，m为1～10的整数；所述0&lt;x&lt;1，0&lt;y&lt;1，x+y＝1；n为1～10000的自然数；所述Ar1和Ar2为组成共轭聚合物的共轭单元；所述共轭单元为噻吩、呋喃、苯、芴、咔唑、硅芴、苯并二噻吩、苯并二硒吩、苯并二呋喃、吩噻嗪、吩噁嗪、联噻吩、并噻吩、噻吩并环戊二烯、噻吩并吡咯、噻吩并噻咯、吲哚芴、吲哚咔唑、吡咯、萘酰亚胺、苝酰亚胺及其衍生物中的一种以上；所述R1和R2为H、C_1～50烷基直链或C_1～50支化烷基链。

进一步地，其中共轭单元Ar1和Ar2具有如下结构的一种或多种偶联结构：