[发明专利]一种强吸光系数的聚合物受体及其制备方法和应用

说明书

一种强吸光系数的聚合物受体及其制备方法和应用，属化学技术领域。将强吸光性的染料分子饶丹宁第三组分通过无规共聚的方法引入到具有强结晶性的分子萘酰亚胺(NDI)或苝酰亚胺(PDI)，通过π‑桥基团联噻吩或联硒吩的连接得到强吸光系数的聚合物受体来解决目前聚合物受体分子的吸光系数不高，结晶性较强的问题。通过无规共聚的方法有效的调节聚合物分子的结晶性，有利于提高其应用于有机太阳能电池的填充因子；通过引入染料分子提高聚合物的吸光系数，有利于提高其应用于有机太阳能电池的短路电流。使得聚合物受体应用于有机太阳能的光电转化效率有一个明显提高。

技术领域

本发明属于化学技术领域。

背景技术

有机太阳能电池由于其原料廉价易得、生产工艺简单、重量轻、易于制成柔性材料以及可以大面积制备等优点，已经成为当下国际学术研究的热点。目前有机太阳能电池主要为D/A本体异质结，其结构是由活性层夹在两个电极之间组成的一种类似于三明治一样的结构。有机太阳能电池的工作原理为：当太阳光透过电极照射到活性层上，活性层吸收光子后产生激子，激子迁移到给/受体界面处，激子中的电子转移到电子受体的最低未占据轨道(LUMO)能级，而空穴转移到给体的最高占据轨道(HOMO)能级，从而实现电荷分离。电子沿着受体向金属负极传递并被收集，而空穴沿给体向正极传递并被收集，从而形成光电流和光电压。无可厚非，在太阳能电池中，活性层起着决定性的作用。所以如何设计合成性能优越的给受体材料是提高有机太阳能电池转化效率的关键。目前单节富勒烯太阳能电池效率超过11％，非富勒烯小分子太阳能电池已经超过13％。但是，与富勒烯和非富勒烯小分子太阳能电池相比，全聚合物太阳能电池(以p-型聚合物和n-型聚合物为活性层)有着独一无二的优点：分子能级比较容易调控、有较宽光谱吸光范围。形貌的化学稳定性和热稳定性有利于大面积柔性太阳能电池加工。目前n-型聚合物受体主要为NDI(2,6-二溴萘-1,4,5,8-四羧基-N,N’-双(2)-辛基十二烷基二亚胺)、PDI(N，N′-双(2)-辛基十二烷基-1,6二溴-苝二酰亚胺)的衍生物，由于它的吸光强度和结晶性的问题导致电池的光电转换效率不是很高。

改善聚合物的结晶性发的方法主要是通过无规共聚的方法，适当的破坏聚合物分子的结晶性使得活性层有较好的相分离尺寸。Wang等(J.Am.Chem.Soc.，2016，10935–10944)通过引入单噻吩基团无规共聚改性N2200，得到结晶性适当聚合物分子PNDI-T10，基于与给体分子PTB7-Th的器件效率达到7.6％。Wang等(Nano Energy.2018，368–379)通过引入3-氟噻吩基团与NDI、联噻吩共聚得到聚合物分子PNDI-FT10，基于与给体分子PTB7-Th的器件效率达到7.4％。由于这类n-型聚合物受体的吸光强度比较低，导致运用于有机太阳能电池的短路电流较低。目前对于如何有效的提高n-型聚合物受体的技术还没有。因此设计有效的合成方法对于提高n-型聚合物受体的吸收强度是必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种强吸光系数的聚合物受体及其制备方法和应用，在高结晶聚合物受体体系中，将高吸光强度的染料分子通过无规共聚的方法引入到整个聚合物分子，通过控制染料分子的量来调节分子的结晶性以及吸光强度的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种强吸光系数的聚合物受体，具有如下基本单元结构：

其中，

其中A为结晶性强的受体单元，如萘酰亚胺(NDI)、苝酰亚胺(PDI)等基团；X为π-桥基团，如联噻吩、联硒吩等基团；R为染料基团。

本发明所述的一种强吸光系数的聚合物受体的制备方法，包括以下步骤：

a)将饶丹宁与1,5-二溴噻吩-3-甲醛投入反应瓶中，加入氯仿以及哌啶，搅拌12小时，粗产物过柱得到反应产物1,5-二溴-3-噻吩饶丹宁(TR)。