[发明专利]一种高分子给体材料、其制备方法及包含其的有机太阳能电池

说明书

本发明提供了一种高分子给体材料、其制备方法及包含其的有机太阳能电池。所述高分子给体材料具有式I所示结构。所述有机太阳能电池包括依次层叠的阳极、空穴传输层、活性材料层、电子传输层和阴极；所述活性材料层包括电子给体和电子受体，所述电子给体选自所述高分子给体材料中的一种或至少两种的组合。本发明提供的高分子给体材料中具有同时含有烷氧基和氟取代基的二价苯基单元结构，因此具有良好的溶解性和光电性质，可作为有机太阳能电池的电子给体，可使有机太阳能电池的能量转换效率达到15％以上，是目前少数几种能使有机太阳电池效率超过15％的给体材料之一。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种高分子给体材料、其制备方法及包含其的有机太阳能电池。

背景技术

有机太阳能电池以有机共轭分子为活性材料，具有质轻、柔性、原料来源广泛、可溶液加工和大面积制备等诸多优点，是近年来全球学术界和工业界关注的焦点之一。共轭分子材料的开发和不断进步是有机太阳能电池性能提高的源动力，目前包括共轭高分子、共轭小分子、富勒烯等许多种类的有机共轭化合物已被应用到电池活性层。

CN 104031245A公开了一种聚合物光伏材料，是一种D-A型共轭高分子材料，其以两维共轭的苯并二噻吩或者萘并二噻吩单元为给体，噻吩并吡咯双酮或其衍生物单元为受体，在常见的有机溶剂(如二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、氯苯或邻二氯苯等)中有良好的溶解性。但是采用这种聚合物光伏材料制备的有机太阳能电池的能量转换效率较低。

近年来，在众多材料中，含氟的D-A型共轭高分子给体材料表现出优秀的光电性能，效率记录不断攀升。2016年Antonio Facchetti等详细报道了含氟给体P3，与PC₇₁BM组合电池效率达9.0％，相比于不含氟的给体电压有明显提升(Chem.Mater.2016,28,6390)。

但是，尽管含氟的D-A型共轭高分子由于其较低的能级，在构筑给体材料方面取得了优秀的结果，但同时带来了高分子溶解度变差的缺陷，使材料成膜性变差，影响电池的光电性能。具有良好溶解性和光电性能的高分子给体材料仍然有待于进一步开发。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高分子给体材料、其制备方法及包含其的有机太阳能电池。该高分子给体材料具有良好的溶解性，较低的分子能级和较高的载流子传输性能，可作为有机太阳能电池的电子给体，提高有机太阳能电池的开路电压和能量转换效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高分子给体材料，所述高分子给体材料具有如下式I所示结构：

式I中，R₁选自C₆-C₂₀(例如C₆、C₇、C₈、C₁₀、C₁₂、C₁₅、C₁₈或C₂₀等)的烷基、C₆-C₂₀(例如C₆、C₇、C₈、C₁₀、C₁₂、C₁₅、C₁₈或C₂₀等)的烷氧基或C₆-C₂₀(例如C₆、C₇、C₈、C₁₀、C₁₂、C₁₅、C₁₈或C₂₀等)的烷硫基中的任意一种；X为H、F或Cl；n为平均聚合度；Ar为同时含有烷氧基和氟取代基的二价苯基。