[发明专利]骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代的高分子化合物及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代的共轭高分子材料及其制备方法与光伏应用，属于有机功能高分子与有机光伏技术领域。本发明解决了现有技术中，聚合物光伏受体材料吸收光谱窄、聚集能力过强的技术问题。本发明制备的骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代的共轭高分子材料具有紫外‑可见‑近红外吸收光谱覆盖，最大吸收带边达到960nm。聚合物兼具良好的分子聚集有序及恰当的聚集能力。将其用作全聚合物太阳能电池器件，可以实现高短路电流和填充因子。

技术领域

本发明属于有机功能高分子与有机光伏技术领域，具体涉及一类骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代的共轭高分子材料及其制备方法与光伏应用。

背景技术

有机太阳能电池可以将太阳能转换为电能，进而广泛利用。与无机太阳能电池相比，有机太阳能具有质量轻、柔性、加工成本低等优点，因而是一种十分具有应用潜力的新能源器件。自1986年第一个有机太阳能电池被发明以来，在很长一段时间，人们都是采用一种聚合物和富勒烯衍生物共混制备有机太阳能电池。但是，富勒烯衍生物存在一些固有的缺点，例如，在可见区吸收弱、化学修饰方式单一、制备提纯过程困难、共混膜中形貌稳定性差等限制了器件效率的提高。因而，非富勒烯受体引起了人们的重视。其中，以一种共轭聚合物为给体，一种共轭聚合物作为受体共混制备的全聚合物太阳能电池，具有溶液加工性好、器件形貌稳定性高、力学柔韧性好等优点，成为人们研究的热点。

与聚合物给体材料相比，聚合物受体材料发展相对滞后。能实现高效率的聚合物受体材料比较有限。通常，一个性能优异的聚合物受体材料需要具备宽的吸收光谱、较强的电子亲和力、较低的前线轨道能级、合适的聚集能力及较高的电子迁移率。骨架含硼氮配位键的共轭聚合物是一类代表性的聚合物受体材料。然而，基于这类聚合物受体的全聚合物太阳能电池的效率普遍较低。这主要源于以下几个原因：材料的吸收光谱太窄，主要在可见区吸收，无法拓展到近红外区，因而器件短路电流较低；聚合物聚集能力太强，导致给/受体共混相分离形貌不理想，因而填充因子较低。通过理性的分子设计制备宽吸收光谱、低能级、聚集能力适当且高电子迁移率的聚合物受体材料，成为这类聚合物能否进一步提高效率从而在有机光伏领域实现商业应用的重要环节。

发明内容

本发明提供一种骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代的高分子化合物及其制备方法与应用，以解决现有材料吸收光谱不理想、聚集能力过强且迁移率较低等问题，克服器件电流和填充因子较低的难题。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代的高分子化合物，结构如(I)所示：

式(I)中，n为2～1000的整数，m为0～10的整数，两侧噻吩β上的烷基链相同或不相同，x为0～20的整数，y为1～20的整数；

硼上四个-Ar₁各自独立的选自以下结构中的一种：

其中，X为甲基、乙基、异丙基、甲氧基、氟或氯；

-Ar-为以下结构中的一种：

本发明还提供了上述骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代的高分子化合物的制备方法，步骤如下：

在惰性气体保护下的无水无氧环境中，将骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代且两端溴代的共轭单体BNIDT、双三甲基锡单体和四三苯基膦钯溶解在有机溶剂中，加热回流，进行Stille偶联聚合反应；反应结束后，加入封端剂进行封端；对粗产物后处理、提纯、得到所述骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代的高分子化合物；其中，

所述骨架含硼氮配位键、侧位芳基取代且两端溴代的共轭单体BNIDT的结构式为：

所述双三甲基锡单体的结构式为：