[发明专利]一种烯基侧链共轭的引达省并二呋喃基聚合物材料、其制备方法及应用

说明书

本申请公开一种烯基侧链共轭的引达省并二呋喃基聚合物材料、其制备方法及应用，所述烯基侧链共轭的引达省并二呋喃基聚合物材料的结构式如下：其中R为正己基、正辛基、、、正十六烷基、、、、或其他烷烃、芳香烃，n为9~20；此外，本发明所设计合成的系列聚合物PIDF‑TCx‑BT具有较高的共轭平面、较高的HOMO能级、较宽的光捕获能力及较好的电子能级，其中以侧链为2‑己基癸基和十六烷基的聚合物PIDF‑TC6C8‑BT与PIDF‑TC16‑BT为例，通过测试发现本发明制备的烯基侧链共轭的引达省并二呋喃基聚合物材料制备的电池优化处理下可获得大于7%的光电转化效率，具有较大的光伏潜能。

技术领域

本发明涵盖有机合成化学、功能材料化学领域，尤其涉及一种烯基侧链共轭的引达省并二呋喃基聚合物材料、其制备方法及应用。

背景技术

随着世界的快速发展，传统化石能源的储量逐渐减少，同时由于化石能源的大量消耗带来的社会环境问题的日益加重，所以寻求新型能源被认为是关系国家经济社会发展、人民生活改善、社会长治久安的重要议题，也是充分保障世界能源安全的当务之急。太阳能由于清洁环保、储量丰富、无地域限制等优点，被认为是21世纪乃至更长时间最有潜力开发的新型能源，同时也被各个国家作为现有能源体系的重要补充。聚合物太阳能电池(Polymer Solar Cells，PSCs)由于具有柔性、质轻、廉价的优点，被认为是太阳能利用的有效手段之一。目前为止，经过学术界及产业界科研人员的共同努力，小面积(4mm²~10mm²)单节聚合物太阳能电池的光电转化效率已经超过10%，且大面积(~100cm²)柔性聚合物太阳能电池光电转化效率超过5%，逐渐接近光伏器件商业化的最低要求，具有较大的光伏市场潜能。

聚合物材料对聚合物太阳能电池的发展一直起着至关重要的作用。经典的聚合物材料是以骨架中含推-拉电子结构（D-A型）的共轭聚合物。由于D-A型聚合物具有吸收光谱、电子能级以及载流子传输性能可调的功效，所以引起了科研人员广泛关注。在众多的给体单元中，引达省并二噻吩（IDT）是一个具有较高规整程度及共轭程度的多元杂环梯形结构单元，将IDT单元引入聚合物分子可以有效扩宽材料的吸收光谱，促进载流子的传输。目前为止， 以IDT基聚合物为给体材料，富勒烯衍生物为受体材料制备的太阳能电池效率已经超过8%，表现出极大的光伏潜能。为了进一步增加IDT单元的共轭程度，科研人员采用替换IDT基聚合物骨架杂原子、IDT单元侧链改性、延长IDT单元骨架共轭长度合成新型给体单元来制备新型聚合物。然而，已报道的改性方法在扩宽聚合物吸收光谱，增加聚合物光吸收能力方面效果仍然不太理想，所以探究新的改性策略也是科研人员努力的目标。

一般而言，IDT单元4,9位的SP³杂化碳原子连接的侧链并没有对IDT单元π共轭体系形成贡献，反而由于侧链空间位阻降低IDT单元的共轭程度。相比较于SP³杂化碳原子策略， IDT单元4,9位采用SP²杂化策略是一种可以扩宽体系共轭程度的有效策略。此外，噻吩单元体积较大、自然储量较少、制备条件苛刻，所以采用新型模块单元来构筑基于SP²杂化的新型聚合物也是降低聚合物成本，同时有利于聚合物太阳能电池推广的有效策略。据我们所知，呋喃与噻吩具有相似的结构与化学性质，而且呋喃较小的体积使得呋喃基聚合物具有较好的共轭平面。其次，呋喃中氧原子相对于噻吩中硫原子具有较强的电负性，使得呋喃基聚合物具有较高的HOMO能级。此外，呋喃及其衍生物可以通过秸秆、蔬菜等植物进行提取分离，来源丰富，适合工业大规模生产。鉴于呋喃及其衍生物的优势，利用呋喃去取代IDT单元中的噻吩，并采用SP²杂化策略取代IDT基单元SP³杂化轨道合成新型烯基侧链共轭的引达省并二呋喃（IDF）单元不仅可以增加聚合物体系共轭程度，有利于促进激子扩散和载流子传输，而且可以丰富聚合物太阳能电池给体材料体系。

发明内容

本发明目的在于提供一种烯基侧链共轭的引达省并二呋喃基聚合物材料、其制备方法及应用。