[发明专利]一种全呋喃骨架给体-受体共轭聚合物、其制备方法及利用其制得的有机太阳能电池

说明书

一种全呋喃骨架给体‑受体共轭聚合物、其制备方法及利用其制得的有机太阳能电池，所述聚合物结构式如下：，其中EH为，n=24~25。所制备的聚合物PBDFFPD具有较大的共轭平面、较强的分子内和分子间相互作用、较低的HOMO能级。在氯萘与甲醇协同处理下，PBDFFTD:ITIC基有机太阳能电池获得9.30%的光电转化效率，其中FF高达70.3%，是已报到FTD基聚合物有机太阳能电池光电转化效率最高记录。此外，PBDFFTD:ITIC电池最优条件下20电池的平均效率与最高效率保持0.64%的较小偏差，表明PBDFFTD具有较大潜力制备高效率的有机太阳能电池，不存在操作的苛刻要求，适用于推广。

技术领域

本发明属于材料化学和电化学领域，尤其涉及一种全呋喃骨架给体-受体共轭聚合物、其制备方法及利用其制得的有机太阳能电池。

背景技术

有机太阳能电池(Organic Solar Cells，OSCs)具有质量轻、器件结构简单、可溶液法大面积制备柔性器件、可应用于半透明产品领域等特点，被认为是新一代光电转化途径的明星代表。到目前为止，科研学者在新型材料合成、器件结构改进和界面优化等方面的不断努力使有机太阳能电池的光电转化效率已经取得了较大的发展。近年来，随着窄带隙引达省并二噻吩(IDT)系列非富勒烯小分子受体的问世，科研工作者通过对IDT系列分子侧链改性、端基调控、共轭骨架延伸等方面修饰使得基于IDT系列非富勒烯受体的单节有机太阳能电池的光电转化效率超过13%。

相比于IDT系列非富勒烯小分子受体的多样性与快速发展，与之相匹配的宽带隙共轭聚合物给体材料发展相对滞后。至今为止，只有少许几类共轭聚合物被报道且成功地用于制备高效率的有机太阳能电池，诸如，PTB7-Th，FTAz，PBDB-T以及它们的衍生聚合物。虽然以IDT系列非富勒烯小分子为受体，基于前述几种共轭聚合物的有机太阳能电池的光电转化效率均超过10%，但是这些聚合物的合成步骤相当繁琐，特别是这些聚合物的受体单元往往需要多步反应以及冗长的后处理过程，比如PTB7-Th的受体单元噻吩[3,4-b]并噻吩(TT)的合成至少需要7步，FTAz的受体单元2-烷基-苯[d][1,2,3]并三氮唑(TAz)的合成至少需要6步，PBDB-T的受体单元苯[1,2-b:4,5-c′]并二噻吩-4,8-二酮(BDD)的合成也需要6步，显然这种冗长的合成过程与有机太阳能电池低成本的特点大相径庭，不利于有机太阳能电池的大规模生产及应用。因此开发合成简单的新型受体单元进而丰富高效的宽带隙共轭聚合物种类已成为当下加快有机太阳能电池进一步发展的关键。

呋喃[3,4-c]吡咯-4,6(5H)-二酮(FPD)单元具有简单对称的化学结构和较好的共轭平面。2012年，加拿大化学系Leclerc和他的同事们首先通过三步合成法成功合成了FPD单元，并将其与不同给体单元共聚得到了多种FPD基共轭聚合物。他们发现FPD基聚合物在300-680nm之间表现出较强的光谱吸收，恰好与窄带隙IDT系列非富勒烯小分子吸收光谱匹配。此外，FPD单元较强的吸电子特性使FPD基聚合物展现出较低的HOMO能级，这种情形有利于FPD基共轭聚合物在有机太阳能电池中获得较高的开路电压(V_oc)。综合考虑，FPD单元在制备高效共轭聚合物方面具有很大潜力，而且FPD基聚合物有望实现低成本有机太阳能电池的大面积制备及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全呋喃骨架给体-受体共轭聚合物、其制备方法及利用其制得的有机太阳能电池。

本发明设计并合成了基于苯并[1,2-b:4,5-b']二呋喃(BDF)和呋喃[3,4-c]吡咯-4,6(5H)-二酮(FPD)的新型全呋喃共轭骨架给体-受体共轭聚合物PBDFFPD，结构式如下：

，其中EH为，n=24~25

上述全呋喃骨架给体-受体共轭聚合物的制备方法，包括如下步骤：