[发明专利]一种噻吩[3, 4-f]异苯并呋喃-4,8-二酮基聚合物、其制备方法及应用

说明书

一种噻吩[3,4‑f]异苯并呋喃‑4,8‑二酮基聚合物、其制备方法及应用，噻吩[3,4‑f]异苯并呋喃‑4,8‑二酮基聚合物的结构如下：，PBDFFTD中n为24‑25，PBDFSFTD中n为25‑26。PBDFFTD和PBDFSFTD均在300‑700nm之间表现出较强的光谱吸收，两者光学带隙分别为1.81 eV和1.77 eV，与非富勒烯受体ITIC在吸收光谱方面匹配较好。PBDFFTD与PBDFSFTD均具有较低的HOMO能级。经过初步优化，PBDFFTD和PBDFSFTD电池效率分别为7.00%和7.65%。

技术领域

本发明属于材料化学和电化学领域，尤其涉及一种噻吩[3,4-f]异苯并呋喃-4,8-二酮基聚合物、其制备方法及应用。

背景技术

聚合物太阳能电池(Polymer Solar Cells，PSCs)具有：(1)聚合物材料质量轻、柔韧性好；(2)聚合物材料易于进行化学结构设计、裁剪和制备，同时无资源存量限制；(3)电池器件可通过丝网印刷、喷墨打印、旋涂等溶液加工方法制备，制作简单且成本低；(4)采用辊对辊工艺可实现大面积柔性器件制备，被认为是未来极具发展潜力的第三代太阳能电池。有机太阳能电池根据受体收料的不同，主要包括富勒烯太阳能电池和非富勒烯太阳能电池。早期的有机太阳能电池基本上是基于给体-受体共轭聚合物和富勒烯衍生物(PC₆₁BM,PC₇₁BM, F-PCBM等)的富勒烯有机太阳能电池。虽然基于富勒烯衍生物为受体的有机太阳能电池的光电转化效率已经达到11%，然而富勒烯衍生物吸收较窄、能级不易调节、化学修饰不易等缺点极大的限制了有机太阳能电池的发展。相比于富勒烯衍生物受体，以萘酰亚胺(NDI)，苝酰亚胺(PDI)，引达省并二噻吩(IDT)衍生物为代表的非富勒烯受体具有化学修饰性强、光谱吸收宽、能级可调等优点，这些特点使得非富勒烯有机太阳能电池展现出较大的研究诱惑，其中IDT衍生物系列非富勒烯受体更是由于合成简单而备受关注，科学家通过侧链改性、端基调控、共轭骨架延伸等多重手段对其进行改性，使得基于IDT系列非富勒烯受体的有机太阳能电池的光电转化效率超过13%。

虽然基于IDT系列衍生物非富勒烯受体的有机太阳能电池已经取得较快的发展，然而已报道的高效电池器件基本上都依赖于少许的几类聚合物给体材料，比如，苯并二噻吩-噻吩并噻吩(PTB7-Th)、苯并二噻吩-噻吩并噻吩二酮(PBDT-BDD)、苯并二噻吩-双氟苯并三氮唑(PBDT-dfTAz)及其衍生物。有限的聚合物给体种类极大地制约了有机太阳能电池的进一步发展及应用。鉴于以上情况，发展新型受体单元以及探究基于新型受体单元的聚合物在有机太阳能电池中的应用显得尤为重要。

噻吩并噻吩二酮(BDD)单元合成简单，收率较高，本身具有较好的共轭平面，使得基于BDD单元的聚合物表现出较好的堆积效应，从而有利于载流子的传输，对器件的短路电流(J_sc)和填充因子(FF)均有帮助。此外，BDD分子含有两个羰基，进而表现出较强的吸电子性，使得基于BDD单元的聚合物表现出较低的HOMO能级，进而有助于相应的有机太阳能电池获得较高的开路电压。

相对于BDD单元中的噻吩，同族物质呋喃具有较小的体积及较强的电负性。将呋喃取代BDD单元中一个噻吩，一个新的受体单元-噻吩[3, 4-f]异苯并呋喃-4.8-二酮(FTD)应用而生。由于呋喃的优点，新合成的FTD单元具有比BDD单元更好的共轭平面以及更强的吸电子性，这样更有利于聚合物与非富勒烯受体小分子受体在能级上匹配，因而在制备高效的共轭聚合物方面表现出较大的潜力。然而到目前为止，相应的FTD基聚合物却未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种噻吩[3,4-f]异苯并呋喃-4,8-二酮基聚合物、其制备方法及应用。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种噻吩[3, 4-f]异苯并呋喃-4,8-二酮基聚合物，其结构如下：