[发明专利]一种基于吡啶的D-A型交叉共轭聚合物、其制备和应用

说明书

本发明属于有机光电高分子材料领域，公开了一种基于吡啶的给体‑受体(donor‑acceptor,D‑A)型交叉共轭聚合物、其制备和应用，该交叉共轭聚合物的结构如通式(A)所示，该交叉共轭聚合物以异聚三炔作为主链骨架结构，以苯胺类取代芴作为侧链基团，以3,5‑二取代吡啶作为电子受体基团；其中，R为苯胺类给电子基团，n取值为10‑30的整数。本发明通过引入吸电子基团吡啶，对交叉共轭聚合物的主链结构进行优化，对应得到的D‑A型交叉共轭聚合物空穴迁移率显著提升，尤其可作为非掺杂空穴传输材料应用于反式平面结构钙钛矿太阳能电池中(可获得超过22％的高能量转化效率)。

技术领域

本发明属于有机光电高分子材料领域，更具体地，涉及一种基于吡啶的给体-受体(donor-acceptor,D-A)型交叉共轭聚合物、其制备和应用。

背景技术

自2009年首例钙钛矿太阳能电池诞生以来，随着电池制备水平的不断提升以及新材料的发现，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)在过去十年从最初的3.8％提高到了25.5％，增长的幅度甚至超过了很多太阳能电池几十年的发展。然而，其商业化道路仍面临着诸多挑战，其中最突出的挑战来自器件稳定性，包括钙钛矿材料自身不稳定和电荷传输层不稳定这两方面。而对于空穴传输层而言，目前最常用的空穴传输材料(HTMs)如2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(Spiro-OMeTAD)和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)等由于本征空穴迁移率和电导率不高，需要通过化学掺杂来提高。然而，引入的离子掺杂剂如双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和4-叔丁基吡啶(tBP)不但极易吸潮，而且其氧化过程十分复杂，进而加速钙钛矿材料的降解，导致电池性能快速衰退。因此，移除掺杂剂，发展高效和稳定的非掺杂空穴传输材料是目前该领域的重要研究方向。

近来，国内外科研人员在有机非掺杂HTMs方面均取得了一定的研究进展。然而，有机非掺杂HTMs的发展仍然面临着一些难题：1)大多数非掺杂HTMs的空穴迁移率不高，导致器件效率和掺杂器件仍有明显差距；2)非掺杂器件的稳定性距离实际应用仍有较大差距。因此，开发新型高迁移率、高稳定性的非掺杂空穴传输材料对于钙钛矿电池今后的发展至关重要。

本发明发明人在之前研究得到了一种异聚三炔类交叉共轭聚合物、其制备和应用(可参见中国专利文献CN111019094)，该异聚三炔类交叉共轭聚合物作为非掺杂空穴传输材料应用于反式平面结构钙钛矿太阳能电池，最高光电转换效率达到19.33％(该最高光电转换效率所对应的结构式如下式P1所示)。虽然这一研究成果在一定程度上解决了上述问题，但是该P1材料的空穴迁移率仅为1.85×10^-6cm²V^-1s^-1，一定程度上限制了该材料的应用范围，且应用于太阳能电池的光电转换效率仍期待进一步提升。由于强电子推拉效应，D-A型分子通常具有较大的偶极矩，偶极之间可形成强分子作用力，从而有助于提升材料的电荷传输能力。

发明内容