[发明专利]一种两亲性共轭聚合物及其制备方法与应用在审

专利信息
申请号: 201910505900.4 申请日: 2019-06-12
公开(公告)号: CN110229314A 公开(公告)日: 2019-09-13
发明(设计)人: 赖文勇;薛轶博;李祥春;黄维 申请(专利权)人: 南京邮电大学
主分类号: C08G61/12 分类号: C08G61/12;H01L51/46
代理公司: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 张婷婷
地址: 210000 江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 两亲性 二胺 共轭聚合物 聚合物 制备 有机太阳能电池材料 应用 能级 光电转换效率 激子分离效率 聚合物衍生物 有机光伏器件 活性层材料 分子取向 光谱吸收 有效调节 二溴萘 共聚合 活性层 相分离 配比 微观 引入
【说明书】:

发明公开了一种两亲性共轭聚合物及其制备方法与应用,该聚合物为萘酰亚二胺(NDI)、苯并二噻吩、两亲性基团取代二溴萘酰亚二胺共聚合而得到的萘酰亚二胺聚合物衍生物。该聚合物通过引入两亲性基团,在不对光谱吸收和能级排列产生较大的影响的情况下,作为有机太阳能电池材料活性层材料或添加组分的应用,无需改变活性层给受体配比,可以有效调节微观相分离状态,提高激子分离效率,强化分子取向,进而显著提升有机光伏器件光电转换效率。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域,具体涉及一种两亲性共轭聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

太阳能电池作为太阳能利用的重要方面得到广泛关注。基于聚合物的有机太阳能电池由于成本低、质轻、可柔性化、可大面积制备等显著优势,使其成为最有希望的下一代能源技术。目前基于材料和器件结构的优化,有机聚合物太阳能电池的转换效率已经可超过10%,达到可商业应用的水平。聚合物材料由于本身的结构复杂,设计存在困难,开发新的结构骨架单元成本较高。相对于开发新的结构骨架单元,通过修改侧链,来调整和优化分子整体的结晶性等性能,从而调整有机太阳能电池性能,效果显著而且方便快捷、成本较低,而且对于不同的结构骨架单元还具有普适性。

带有氧原子的两亲性侧链,例如寡聚聚乙二醇(OEG),相比烷基链,具有亲水性,并且能增加分子/聚合物在水或极性有机溶剂中的溶解度,Mei等2011年发现用三甘醇 (TEG)侧链官能化的吡咯吡咯二酮(DPP)单元会发生诱导自发链结晶,同时提高在非卤化溶剂中的最大溶解度。首先发现OEG链对分子结晶增强的是Kanimozhi,通过在吡咯吡咯二酮的共聚物中引入寡聚聚乙二醇链,增强了吡咯吡咯二酮本身的“侧向”堆积,增强了结晶性,是吡咯吡咯二酮聚合物场效应晶体管的器件电子迁移率得到很大提升。

聚合物中引入两亲性侧链(例如寡聚聚乙二醇)的优点:

1,两亲性侧链具有亲水性,可以提高聚合物两相的相分离尺度。

2,两亲性侧链链柔顺性更好,减少π-π堆积距离,强化分子取向,增强结晶相。

3,两亲性侧链具有多个氧原子,抗氧化性更强,有利于提高材料的器件的稳定性。

4,引入两亲性侧链对吸收光谱和能级影响小,有利于改性,不需要因为能级和光谱匹配更换给受体。

在吸电子的苝酰二亚胺(NDI)基团的N位上引入两亲性侧链(例如寡聚聚乙二醇),与苯并二噻吩(BDT)偶联作为给体聚合物。OEG侧链修饰的NDI分子在有机溶剂中溶解性差,采用OEG侧链修饰的NDI分子作为第三组分,以共聚的方式按比例添加,引入到给体聚合物/富勒烯衍生物(PCBM)和全聚合物的体系中;可以优化相分离尺度和结晶性,以达到增强电流和填充因子,减少激子复合,提高载流子迁移率,最终达到有机太阳能电池提高能量转换效率的目的。

发明内容

技术问题:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种两亲性共轭聚合物及其制备方法与应用,该材料可以作为活性材料应用于制备有机太阳能电池器件。通过引入两亲性基团,在不对光谱吸收和能级排列产生较大的影响的情况下,无需改变活性层给受体配比,可以有效调节微观相分离状态,提高激子分离效率,强化分子取向,进而显著提升器件光电转换效率。

技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:

本发明提供一种两亲性共轭聚合物,该聚合物为二溴萘酰亚二胺(NDI)、烷基锡取代苯并二噻吩、两亲性基团取代二溴萘酰亚二胺共聚合而得到的萘酰亚二胺聚合物衍生物,具有如下式I所示的通式结构:

所述的R2、R3为为C1~C30的直链烷基、支链烷基或烷氧基链中的一种;N为氮原子,O为氧原子,S为硫原子;R1为寡聚聚乙二醇,选自以下结构中的一种:

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