[发明专利]一种二维共轭吩噁嗪基芴类共聚物光伏材料、制备方法和应用

说明书

本发明属于聚合物光伏材料技术领域，具体是涉及到一种二维共轭吩噁嗪基芴类共聚物光伏材料、制备方法和应用，结构式如下：其中，X和Y分别为H或F，n为10‑30，二维共轭吩噁嗪基芴类共聚物光伏材料具有宽的可见光区吸收，合适的HOMO以及LUMO能级和相对较窄的带隙；以此类聚合物为电子给体、有机小分子为电子受体制备了聚合物太阳能电池，其最高能量转换效率可达到7.49％，具有良好的光电转换效率。

技术领域

本发明属于聚合物光伏材料技术领域，具体是涉及到一种二维共轭吩噁嗪基芴类共聚物光伏材料、制备方法和应用。

背景技术

为了人类生活和社会经济的可持续健康发展，高效合理的利用可再生清洁能源成为摆在世界各国科学界面前的重大科学问题。太阳能作为一种可再生清洁能源越来越得到全球科学界和产业界的重视，开发一类将太阳能转换为电能的装置—太阳电池具有重大的战略意义。利用光伏效应的工作原理，太阳电池吸收具有一定能量的光子后产生激子，激子分离成空穴和电子，在正负极材料功函差产生的内建电场作用下，电子和空穴分别向负极和正极移动形成光电流。

近十年，非富勒烯聚合物太阳能电池取得了快速的发展，获得了超过15％的能量转换效率[Jun Yuan,Yunqiang Zhang,Liuyang Zhou,Guichuan Zhang,Hin-Lap Yip,Tsz-Ki Lau,Xinhui Lu,Can Zhu,Hongjian Peng,Paul A.Johnson,Mario Leclerc,Yong Cao,Jacek Ulanski,Yongfang Li,Yingping Zou.Joule,3,1140-1151.]，但是聚合物给体材料和非富勒烯受体材料之间需要对各个性能进行优化，如：(1)通过调控聚合物材料的能级和带隙来获得较高的开路电压和短路电流；(2)提高聚合物材料的平面性来增加其电荷迁移率，但是在该过程中，要确保材料的溶解性和稳定性。这些因素相互关联，理想状态下，应该对这些因素同时优化，但是实际上这是十分困难的。因此，找到一个平衡点使电池取得最大光电转化效率，是材料化学家设计聚合物给体材料的关键。在设计有机太阳能电池聚合物材料的过程中，要遵循以下几个原则：(1)聚合物应具有较窄的能带间隙；(2)较高的摩尔消光系数；(3)良好的平面性；(4)高的电荷迁移率；(5)较好的光稳定性。同时，较高的分子量、较高的电荷迁移率、最优化的形貌、填充因子等等都可以影响材料的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种二维共轭吩噁嗪基芴类共聚物光伏材料、制备方法和应用，其具有良好的光电转换效率。

基于上述目的，本发明提供的一种二维共轭吩噁嗪基芴类共聚物光伏材料，该聚合物光伏材料的结构如式(Ⅰ)所示：

其中，X和Y分别为H或F，n为10-30。

在本发明中，当X＝H，Y＝H时，合成的目标聚合物为9-(N-(2-辛基十二烷基)吩噁嗪基亚甲基)-2,7-芴-4’,7’-二(噻吩基)-苯并噁二唑(PDTBXF-PXz)；

当X＝H，Y＝F时，合成的目标聚合物为9-(N-(2-辛基十二烷基)吩噁嗪基亚甲基)-2,7-芴-5’-氟-4’,7’-二(噻吩基)-苯并噁二唑(PfDTBXF-PXz)；

当X＝F，Y＝F时，合成的目标聚合物为9-(N-(2-辛基十二烷基)吩噁嗪基亚甲基)-2,7-芴-5’,6’-二氟-4’,7’-二(噻吩基)-苯并噁二唑(PffDTBXF-PXz)。

本发明提供的一种二维共轭吩噁嗪基芴类共聚物光伏材料具有良好的可加工性，并且经过初步尝试证明具有较好的光电转换特性，作为聚合物太阳能电池的工作介质有着广阔的应用前景。

进一步的，本发明还提供了一种所述的二维共轭吩噁嗪基芴类共聚物光伏材料的制备方法，包括以下步骤：