[发明专利]基于苝二酰亚胺与苯炔共聚的n型共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用

说明书

本发明公开基于苝二酰亚胺与苯炔共聚的n型共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用。所述的共轭聚合物由苝二酰亚胺与间位和对位苯炔共聚而成，从而得到不同构型的共轭聚合物。通过在聚合物主链中引入三键可以提高聚合物的平面性，从而获得高的电子迁移率。所述的聚合物可作为电子受体用于有机太阳电池中。合成方法采用Sonogashira聚合，避免了高毒的有机锡中间体，适合以后的工业生产。此外，通过设计三元共聚物，调节合适的相区尺寸可以提高光伏器件转化效率，为聚合物受体材料的设计提供了重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及高分子光电材料领域，具体涉及基于苝二酰亚胺与苯炔共聚的n型共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用。

背景技术

随着科学技术的进步和人类社会的发展，人们对能源的需求也与日俱增。同其他的新型能源相比，太阳能具有不受地域限制、无污染、利用成本较低等巨大的优势。如何高效地利用太阳能是全世界科学家长期以来为之奋斗的重要科学和技术难题。而太阳电池也就无可厚非成为了最好的太阳能利用元件，制备高效、廉价、可大面积制备的太阳电池一直是各国在获取新能源、特别是清洁能源技术研究中的主要目标之一。

太阳电池是一种根据材料的光伏效应产生电能的器件。根据光伏活性材料的不同，太阳电池可以分为无机太阳电池、染料敏化太阳电池和有机/聚合物薄膜太阳电池三种。其中，以多晶硅为代表的已实现商品化的无机太阳电池的效率已达到20％以上。与无机太阳电池、染料敏化太阳电池相比，有机/聚合物太阳电池具有柔性高、制作成本低和可卷对卷印刷加工等无法相比的优点，因此日益受到人们的关注并得到不断发展。

当前有机太阳电池研究的主流是基于共轭聚合物的本体异质结聚合物太阳电池，此类器件通常采用旋涂有高功涵的ITO的玻璃或塑料基板作为阴极，而活性层通常由p-型共轭聚合物(电子给体)和n-型共轭聚合物或PCBM(电子受体)的共混膜(光敏活性层)夹在ITO(氧化铟锡)透光电极(正极)和Al等金属电极(负极)之间所组成，界面修饰层嵌于阴极与活性层或阳极与活性层之间，1992年，Sariciftci等发现了共轭聚合物和富勒烯(C60)的混合物受光激发作用会产生迅速、高效的光诱导电子转移。此后，富勒烯作为典型的电子受体材料受到了广泛关注，并且迅猛发展。随后，一系列富勒烯衍生物被开发出来，并展示出了良好的电子受体性质，比如PC61BM，PC71BM等。迄今为止，科研工作者使用PC61BM和PC71BM作为电子受体，制作了串联叠层OPV器件，其最高转化效率为11.62％。但由于富勒烯及其衍生物材料吸光波长范围较窄、亲和能高、溶解性差等，严重制约了富勒烯作为有机太阳电池电子受体材料的更广泛应用和器件性能的进一步提升。共轭聚合物作为电子受体材料相对于富勒烯及其衍生物，发展比较缓慢。近年来，共轭聚合物电子受体材料因为其能级可调、合成简便、制作成本低、溶解性能优异等吸引了人们越来越多的关注。更重要的是，此类材料在可见太阳光光谱中比富勒烯及其衍生物材料有更为宽广的吸收范围。

发明内容

本发明的目的在于设计并合成一系列主链结构为苝二酰亚胺与苯炔的n型共轭聚合物并将其作为电子受体材料用于有机太阳电池。

本发明技术方案如下。

基于苝二酰亚胺与苯炔共聚的n型共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用，具有以下结构：

其中，n为小于100万的正整数，R₁，R₂为烷基链；D为苯环结构。

进一步地，所述的R₁、R₂为具有1～40个碳原子的直链、支链或者环状烷基链，其中一个或多个碳原子可被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基，甲基，乙基，甲氧基、硝基取代，氢原子可被氟原子取代。

进一步地，所述的D单元为以下结构中的一种：