[发明专利]一类酯基噻唑类宽带隙聚合物及其在光电器件中的应用

说明书

本发明公开了一种新型酯基噻唑类宽带隙聚合物材料，其结构式见式Ⅰ或式Ⅱ：式中，R₁为C₁～C₂₀的烷基或烷基上的一个碳原子被氧原子、硫原子中的一种官能团取代；X选自H、Cl或F；R₂选自不同长度的烷基链(C₁～C₃₀)；Ar选自呋喃、噻吩、锡吩或并二噻吩；n取值为10～100。本发明所述聚合物材料以BDT基单元为给电子(D)单元，以含有酯基的噻唑为缺电子单元(A)；在带隙为1.8～2.0eV范围内具有较好的吸收、较深的最高占有空轨道和良好的溶解性，且涉及的制备成本较低；可用作电子给体材料或者电子传输层材料，在有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等光电器件领域具有良好的商业化应用前景。

技术领域

本发明属于光电材料及其器件技术领域，具体涉及一类新型酯基噻唑类宽带隙聚合物及其在光电器件中的应用。

背景技术

能源是社会发展的源动力。而如今能源问题，及其所衍生的环境等种种难题，已成为当前人类生存面临的巨大挑战。因此，以太阳能、风能、潮汐能、地热能等为代表的可再生绿色能源成为21世纪世界各国研究热点。其中，以易于获得辐射光形式的太阳能因具有清洁、安全、能量巨大、分布广泛、长久不衰等特点受到人们广泛关注，是解决能源短缺和环境污染有效途径之一。为实现这种清洁、安全、可再生能源技术的大规模推广和利用，一方面需要从材料和工艺改善的角度解决现有光伏技术(如晶体硅、铜铟镓硒以及砷化镓等)工艺繁杂、成本高等关键问题；另一方面，需要开发新型光伏材料以及发展新型低成本光伏技术。

有机太阳能电池(OSC)作为一种新型薄膜光伏技术，因具有质轻、柔性、大面积低成本制备、光伏材料高度可调等诸多现有光伏技术无法比拟优点，成为新能源领域的研究热点(Science,2011,332,293)。近年来，通过新材料的设计合成、活性层形貌的调控、器件结构的优化以及工作机制的深入研究，器件效率获得了极大的提升(Adv.Sci.,2020,7,1903419；Sci.China Chem.,2020,63,325；Nat.Photonics.,2013,7,400-406；Adv.Funct.Mater.2020,30,1909837)。尤其是，非富勒烯小分子受体材料的迅速崛起，打破常规将电池器件效率提升到新的高度，超过18％(Sci.Bull.,2020,65,272-275；Adv.Mater.,2020,32,1908205；)。效率的突破和提升，同时也离不开聚合物给体材料的设计和匹配，为实现低碳能源提供了更有希望的途径。在已报道高性能有机太阳能电池中，相比于富勒烯受体材料，非富勒烯小分子受体材料吸收谱宽可拓展到近红外区域(～1000nm)，且在较低的电荷分离驱动下，使有机光伏材料中的激子也可高效的分离，产生电荷。因此，如何在降低能量损失的同时提高光子利用率是高效光伏材料设计的关键。基于非富勒受体小分子展现的诸多优势，设计与之相匹配的宽带隙聚合物给体材料将是进一步提升器件光伏性能关键。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一类以BDT为D单元和酯基取代噻唑为A单元的宽带隙聚合物，该类宽带隙聚合物具有制备简单、成本低、溶解性好、可大量制备、较低的HOMO和LUMO能级、与电子受体材料能级匹配、吸收互补、较小的能量损失、较好的结晶性等优点，可用作电子给体材料或者电子传输层材料，在有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等光电器件领域具有良好的商业化应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一类酯基噻唑类宽带隙聚合物，它为以BDT为给电子单元和含有酯基的噻唑为缺电子单元的宽带隙聚合物，结构式见式I或式II：