[发明专利]一种D-A型共轭聚合物给体光伏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机太阳能电池材料技术领域，涉及一种D‑A型共轭聚合物给体光伏材料及其制备方法和应用。其化学式为：。本发明设计和制备的PBDTDTzT在300‑600nm范围里表现出宽和强的吸收光谱和低的HOMO能级；基于PM6:PBDTDTzT:Y6的三元有机太阳能电池在氯仿为溶剂、热退火处理、氯萘为添加剂条件下展示出较高的光伏性能。在各种不同的器件加工条件下，光伏器件总是拥有很高的Jsc值和FF。较高的光伏性能和进一步提升的Jsc和FF值表明PBDTDTzT能够成为一个有希望的给体材料应用在三元有机太阳能电池中。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池材料技术领域，涉及一种D-A型共轭聚合物给体光伏材料及其制备方法和应用。

背景技术

可溶液加工的本体异质结有机薄膜太阳能电池（BHJ-OSCs）以其制备过程简单、成本低、质量轻、可制备大面积柔性器件等优点受到各国科学家们的广泛关注（G.Zhang, J.Zhao,P. C. Y. Chow, K.Jiang,J. Zhang, Z. Zhu,J. Zhang,F. Huang,H. Yan, Chem.Rev.,2018, 118, 3447;J. Hou, O.Inganäs,R. H. Friend, F. Gao, Nat. Mater.,2018, 17, 119; C.Yan, S. Barlow, Z. Wang, H. Yan, A. K.-Y.Jen, S. R.Marder,X.Zhan, Nat. Rev. Mater. 2018, 3, 18003; B.Jia,X. Zhan, Sci. China Chem.2020, 63, 1179; Z.-G. Zhang,Y. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 10.1002/anie.202009666.）。近几年。有机太阳能电池的光电转换效率（PCE）获得了巨大的进展。在有机太阳能电池发展过程中，活性层材料（包括给体材料和受体材料）的发展对PCE的提升起到了决定性作用。BHJ-OSCs中基于以共轭聚合物为给体和富勒烯衍生物（PCBM、PC₇₁BM、ICBA）为受体得到了广泛的应用并获得了较高的PCE（10%）（Y. Li, Chem. Asian J.,2013, 8, 2316; Y.-Y. Lai, Y.-J. Cheng, C.-S. Hsu, Energy Envir. Sci., 2014,7, 1866; F. Lu, E. A. Neal, T. Nakanishi, Acc. Chem. Res., 2019, 52, 1834; T.Umeyama, H. Imahori, Acc. Chem. Res., 2019, 52, 2046.）。然而，由于PCBM等富勒烯衍生物的吸收主要集中在紫外区，并且从电子能级的角度考虑，给、受体材料的能级要相互匹配才有利于激子的分离和传输，才能有效地减少能量损失，而化学修饰对富勒烯受体材料的HOMO和LUMO能级影响不大。因此，以PCBM、ICBA等富勒烯衍生物作为受体材料在很大程度上限制了给体材料的设计和应用范围。因此，许多新的非富勒烯受体包括聚合物和小分子已经作为新的受体光伏材料应用在BHJ-OSCs中（Y. Z. Lin, J. Y. Wang, Z.-G.Zhang, H. T. Bai, Y. Li, D. Zhu, X. Zhan, Adv. Mater., 2015, 27, 1170;Y. Lin,F. Zhao, Y. Wu, K. Chen, Y. Xia, G. Li, J. Zhu, L. Huo, H. Bin, Z.-G. Zhang,X. Guo, M. Zhang, Y. Sun, F. Gao, Z. Wei, W. Ma, C. Wang, Z. Bo, O. Inganäs,Y. Li, X. Zhan, Adv. Mater., 2017, 29, 1604155; Y. Lin, Z.-G. Zhang, H. Bai,J. Wang, Y. Yao, Y. Li, D. Zhu, X. Zhan, Energy Environ. Sci., 2015, 8, 610;W. Zhao, S. Li, H. Yao, S. Zhang, Y. Zhang, B. Yang, J. Hou, J. Am. Chem.Soc., 2017, 139, 7148; L. Zhang, T. Jia, L. Pan, B. Wu, Z. Wang, K. Gao, F.Liu,C. Duan, F. Huang, Y. Cao,Sci China Chem, 2021, 64,https://doi.org/10.1007/s11426-020-9935-2; X. Ma, A. Zeng, J. Gao, Z. Hu, C. Xu, J. H. Son,S. Y.Jeong, C. Zhang, M. Li, K. Wang, H. Yan, Z. Ma, Y. Wang, H. Y. Woo, F.Zhang,Nat. Sci. Rev., 2021, DOI: 10.1093/nsr/nwaa305.）。