[发明专利]氯取代的聚噻吩衍生物及太阳能电池

说明书

本发明属于有机光电技术领域，具体涉及一种氯取代的聚噻吩衍生物及太阳能电池。氯取代的聚噻吩衍生物，其特征在于，如式(I)示出：其中，X、X’为H、F或者Cl；R为C8‑C24，n为重复单元。本申请在噻吩化合物中引入吸电子基团，可以拉低聚合物的HOMO能级。氯原子具有较强的电负性，在共轭聚合物引入氯原子可以实现更低的HOMO能级。更重要的是，氯取代的聚合物很容易合成，可以由商业化原料通过较为简单的合成方法得到。

技术领域

本发明属于有机光电技术领域，具体涉及一种氯取代的聚噻吩衍生物及太阳能电池。

背景技术

有机太阳能电池具有成本低、质量轻、可制备柔性器件和大面积器件等优点，因而受到广泛关注(Science 1995,270,1789-1791；Acc.Chem.Res.2009,42,1709-1718；Chem.Rev.2015,115,12666-12731；Nat.Photon.2015,9,174-179；Nat.Photon.2012,6,153-161；J.Am.Chem.Soc.2015,137,14149-14157)。近年来，基于稠环单元的A-D-A型小分子受体材料的发展，有机太阳能电池的能量转化效率迅速提高。这类小分子受体材料在可见光区具有较强的吸收，并且通过合理的分子设计，这类受体材料的吸收光谱可以扩展到近红外(NIR)区(Adv.Mater.2017,29,1703080；Adv.Mater.2018,30,1705969；EnergyEnviron.Sci.2017,10,1610-1620；Adv.Mater.2017,29,1606574；Adv.Funct.Mater.2018,28,1802324；Chem.Mater.2017,29,8369-8376；Sci.Bull.2017,62,1562-1564；Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,3045-3049)。鉴于此，以具有与此类受体材料吸收光谱互补的宽带隙聚合物(光学带隙大于1.8eV)为给体材料，可以实现活性层对太阳光的充分利用。近年来，基于宽带隙聚合物给体和A-D-A型小分子受体材料的单结有机太阳能电池的PCE已超过16％(Sci China Chem,2019,62,https://doi.org/10.1007/s11426-019-9457-5)。随着有机太阳能电池的性能不断提高，发展易于合成的高效宽带隙聚合物给体材料对于有机太阳能电池的商业化具有重要意义(Nat.Commun.2018,9,743；Nat.Commun.2019,10,519)。

聚噻吩衍生物是一类重要的宽带隙聚合物给体材料，其中，区域规整的聚(3-己基噻吩)(P3HT)具有低成本、易于合成的特点，是最经典的聚合物给体材料(Science 1998,280,1741-1744；Energy Environ.Sci.2012,5,7943-7949；Nat.Commun.2016,7,11585)。但是，由于噻吩单元强的富电子特性，P3HT具有较高的最高占据分子轨道(HOMO)能级(ˉ-4.90eV)，导致基于P3HT的太阳能电池往往具有较低的开路电压，限制了其能量转换效率的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种氯取代的聚噻吩衍生物及太阳能电池。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种氯取代的聚噻吩衍生物，如式(I)示出：

其中，X、X’为H、F或者Cl中的一种，X、X’可以相同也可以不同；R、R’为直链或支化链烷基，n、m分别为重复单元数。

其中m或者n其中之一为0。

R、R’为C₈-C₂₄的直链或支化链烷基,10≤n+m≤200。

优选的，如式(II-1)、(II-2)、(II-3)、(II-4)、(II-5)、(II-6)示出；