[发明专利]一种电子传输型聚合物及其制备方法、电子传输型薄膜和有机光伏电池器件

说明书

本发明提供了一种电子传输型聚合物及其制备方法、电子传输型薄膜和有机光伏电池器件，涉及有机高分子半导体材料技术领域。本发明提供的含有吸电子侧基的电子传输型聚合物，结构具有高度平面性，有利于载流子的传输；本发明提供的电子传输型聚合物具有多个烷基支链，使聚合物具有良好的溶解性，在器件制备中聚合物溶液可以以滴涂或者旋涂的方式在基质上形成薄膜，有利于优化薄膜的形貌，提高器件的性能；本发明提供的电子传输型聚合物具有良好的热稳定性，对太阳光有较好的响应，聚合物的光学带隙为1.3～1.4eV，使聚合物的吸收与太阳光谱更加匹配，实现对太阳光光谱更宽的覆盖，可以作为有机光伏电池器件的电子受体材料组分。

技术领域

本发明涉及有机高分子半导体材料技术领域，具体涉及一种电子传输型聚合物及其制备方法、电子传输型薄膜和有机光伏电池器件。

背景技术

聚合物太阳能电池(PSCs)由于其制备简单、轻量化和大面积卷对卷加工的潜力引起了人们的广泛关注(Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,58–77；Nat.Photon.2012,6,153–161；Acc.Chem.Res.2012,45,723–733；Energy Environ.Sci.2015,8,1160–1189；ActaPolym.Sin.2019,50,988–1046.)。最近，使用共轭聚合物作为电子给体(D)材料、小分子电子受体(A)作为受体材料的体异质结PSCs取得了巨大的进展，其能量转化效率(PCE)已经超过16％(Adv.Mater.2019,31,1902210；Energy Environ.Sci.2019,12,3328–3337；J.Am.Chem.Soc.2020,142,1465–1474.)。

全聚合物太阳能电池(All-PSCs)由于电子给体材料与受体材料均使用聚合物，因而具有其独特的优势，比如良好的形貌稳定性以及机械稳定性(Acc.Chem.Res.2016,49,2424–2434；Chem.Rev.2019,119,8028–8086.)。然而与使用小分子非富勒烯作为电子受体的PSCs相比，All-PSCs的发展仍远远落后，主要在于有限的化学结构限制了全聚合物太阳能电池的能量转换效率。

当前，只有少部分使用非富勒烯聚合物电子受体的All-PSCs的能量转换效率可以达到8％，而且它们绝大数是基于PDI、NDI或者是B-N杂化的聚合物材料(Chem.Commun.2011,47,5109–5115；Adv.Mater.2012,24,613–636；Chem.Rev.2014,114,8943–9021；Chem.Rev.2016,116,11685–11796；Chem.Mater.2020,32,1308–1314.)。限制All-PSCs能量转换效率提高的主要因素在于现有的聚合物体系吸收光谱窄、摩尔吸收系数低等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子传输型聚合物及其制备方法、电子传输型薄膜和有机光伏电池器件，本发明提供的含有吸电子侧基的电子传输型聚合物能够克服聚合物非富勒烯体系结构单一、化学可调性差等问题，具有较高的迁移率，且能级可调。本发明提供的电子传输型聚合物能够有效匹配太阳光光谱，在全聚合物太阳电池器件中可以作为电子受体材料使用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含有吸电子侧基的电子传输型聚合物，具有式I所示结构：

式I中，R₁为碳原子数1～60的烷基；n为2～2000；π₁和π₂独立地为芳香共轭单元；A为X为氢、氟或氯。