[发明专利]基于五元或七元芳香稠环的聚合物及其在有机光电器件中的应用

说明书

本发明涉及基于五元或七元芳香稠环的聚合物及其在有机光电器件中的应用。所述材料为主链包含一类五元或七元芳香稠环的共轭聚合物，具有较宽的光谱吸收与较高的摩尔吸收系数。该类聚合物可以作为电子受体用于有机光伏器件中，能够提高电池器件短路电流，获得高效率的有机太阳电池器件。

技术领域

本发明涉及高分子光电材料领域，具体涉及一类基于五元或七元芳香稠环的聚合物及其在有机光电器件中的应用。

背景技术

能源短缺、环境污染是我国经济可持续发展面临的重大问题。发展新型绿色能源技术是解决上述问题的重要途径之一，而太阳能发电(光伏发电)是众多绿色、可再生能源中的佼佼者，对于降低污染和减少二氧化碳排放，实现低碳经济的发展具有重要意义。有机/聚合物太阳电池因其具有成本低廉、可采用溶液加工制备大面积器件、以及可制成柔性器件等突出优点引起研究学者的广泛关注。

伴随近年来材料体系和器件工艺上的创新突破，基于富勒烯衍生物受体型的单节太阳电池的器件效率已经超过11％。但是富勒烯衍生物自身存在的可见光区吸光弱、能级调控范围窄、光化学不稳定、形貌稳定性差等缺点，使得科学家不得不寻找替代它们的受体材料(Acc.Chem.Res.2012,45,723-733)。作为聚合物太阳电池领域的一个重要分支，全聚合物太阳能电池使用n-型聚合物取代富勒烯衍生物或者非富勒烯共轭小分子作为受体的新型太阳电池技术。聚合物取代富勒烯衍生物与非富勒烯小分子作为受体材料具有更好的成膜与加工性能，光伏器件也具有更好的机械性能，有利于柔性有机太阳电池的大面积集成化制备(Acc.Chem.Res.2016,49,2424-2434；Chem.Rev.2019,119,8028–8086)。因此，近年来全聚合物太阳电池不断受到研究者的关注。

在诸多报道的n-型聚合物受体中，商业化的N2200是一种最成功，研究也最广泛的受体材料(Nature,2009,457,679-686.)。我们课题组基于自主发展的聚合物给体TzBI系列与N2200匹配，实现了超过11％的能量转换效率(Energy Environ.Sci.2017,10,1243；Adv.Mater.2017,29,1703906；Nat.Commun.2019,10,4100)。然而由于N2200在长波区具有较低的摩尔吸光系数，导致制备的全聚合物电池器件长波区光响应较弱，短路电流较低。中国科学院化学研究所与香港科技大学等报道了主链含有氰基茚酮单元的n-型聚合物受体(Angew.Chem.Int.Edit.2017,56,13503-13507；ACS Energy Lett.2019,4,417-422)。这类聚合物受体兼具非富勒烯小分子受体高摩尔吸光系数与传统聚合物受体优良的成膜加工性能，对应的器件也实现了超过10％的能量转换效率。然而，目前对这类聚合物受体的研究还十分有限，见诸报道的几篇文献所载的聚合物受体光谱吸收范围多在800nm以前，难以实现近红外区光谱的吸收与有效利用。通过聚合物主链引入多元稠环，提高聚合物的摩尔吸光系数，并将光谱吸收范围扩宽至近红外区，有望解决上述问题，并提升基于聚合物电子受体的有机光伏器件性能。

发明内容

本发明的目的在于设计并合成基于五元或七元芳香稠环的聚合物用于有机光电器件中。

本发明所提供的一类基于五元或七元芳香稠环的聚合物，其结构式如式I与式II所示：

所述式I与式II中，n代表所述聚合物的重复单元数，其为2～1000之间的自然数；R₁、R₂为烷基链；A为拉电子基团；共聚单元为共轭芳环单元。