基于双硼氮桥联联吡啶的共轭聚合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于双硼氮桥联联吡啶的共轭聚合物及其制备方法与应用，属于太阳能电池技术领域。解决了现有技术中全聚合物太阳能电池的能量转换效率较低的技术问题。该共轭聚合物，具有如式(I)所示的结构，LUMO能级在-3.50到-4.0eV的范围内，光学带隙小于2.0eV，吸收光谱在300～800nm，电子迁移率为10-2～10-4cm2V-1S-1，并且通过桥联单元不同的给电子能力、与拉电子单元共聚的不同成键角度、烷基链的长短变化，能够调节共轭聚合物的LUMO/HOMO能级、光学带隙、材料迁移率以及活性层共混形貌，适用于作为高性能太阳能电池的受体材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池
，具体设及一种基于双棚氮桥联联化晚度NB巧 的共辆聚合物及其制备方法与应用。
技术介绍
太阳能电池又称为太阳能忍片或光电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导 体薄片。由于太阳能电池只要被光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流， 且具有重量轻、柔性好、价格低、可大面积成膜的优点，近年来作为一种可再生的清洁能源 得到了广泛的应用和研究。 目前，常用的太阳能电池一般是W共辆聚合物为给体，W富勒締衍生（PCBM)为受 体的共混膜。运类太阳能电池具备较高的能量转换效率，但是，由于富勒締衍生物存在能级 不可调控、吸收光谱窄W及制备成本高的技术问题等，限制了太阳能电池的性能提升和实 际应用。如W聚苯撑衍生物（MEH-PPV)作为给体，PCmBM作为受体制备的有机太阳能电池， 在430nm单色光照射下能量转换效率可达2. 9%，但是器件中PCeiBM的吸收光谱在紫外区 域，并且LUM0/H0M0能级分别在-4. 0eV/-6.OeV左右，不可调控，限制了器件短路电流和开 路电压的继续提升。 全聚合物太阳能电池，能够很好的解决基于富勒締衍生物的太阳能电池的缺点， 采用聚合物为受体材料，具备能级结构可调、吸收光谱宽，W及稳定的活性层共混形貌等优 点，近些年受到人们广泛关注。现有技术中，全聚合物太阳能的受体材料中，使用较多的是 W巧二酷亚胺（PDI)或糞二胺（NDI)缺电子构筑单元构筑的聚合物受体材料，该类聚合物 受体材料已经能够实现较高的能量转换效率，但仍与基于富勒締衍生物作为受体材料的太 阳能电池的性能有较大差距。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中全聚合物太阳能电池的能量转换效率较低的技 术问题，提供一种基于双棚氮桥联联化晚的共辆聚合物及其制备方法与应用。 本专利技术的基于双棚氮桥联联化晚的共辆聚合物，具有如式（I)所示的结构：阳008] 式（I)中，n为2~100的整数； -Ri为W下结构中的一种： -Rz为W下结构中的一种：阳〇1引 -Rz的结构中，m为4~24的整数； -Ar-的结构为a类结构或者b类结构，其中，a类结构为W下结构中的一种： 阳017] b类结构为W下结构中的一种： -Ar-的结构中，Ra为C4~C24的烷基。 本专利技术的基于双棚氮桥联联化晚的共辆聚合物的制备方法： 当共辆聚合物的-Ar-为a类结构时，采用W下方法制备： 在惰性气氛保护下，将BNBP的双漠单体和双S甲基锡单体溶解在甲苯溶液中，W =(二亚苄基丙酬）二钮为催化剂，W=(邻甲基）苯基憐为催化剂配体，在加热回流条件 下发生Still聚合反应，加入封端剂封端，提纯，得到共辆聚合物； 当共辆聚合物的-Ar-为b类结构时，采用W下方法制备： 在惰性气氛保护下，将BNBP的双漠单体和双棚酸醋单体溶解在甲苯/水相中，W 四苯基麟）钮为催化剂，W碳酸飽为碱，在加热回流条件下发生Suzuki聚合反应，加入 封端剂封端，提纯，得到共辆聚合物。 本专利技术的基于双棚氮桥联联化晚的共辆聚合物能够作为聚合物太阳能电池的受 体材料。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 1、本专利技术的基于双棚氮桥联联化晚的共辆聚合物含有BNBP单元与桥联单元， BNBP单元具有强缺电子、平面构型和强单元间弱相互作用等特征，通过桥联单元不同的给 电子能力、与拉电子单元共聚的不同成键角度、烷基链的长短变化，能够有效调节共辆聚 合物的电子结构，使共辆聚合物具有低LUM0/H0M0能级、宽吸收光谱、高电子迁移率等优 点，经实验检测，本专利技术的共辆聚合物的LUMO能级在-3. 50到-4.OeV范围，光学带隙小于 2.OeV,吸收光谱在300~800nm，电子迁移率10 2~10 4cm2yIs1，适用于作为受体材料制备 高性能太阳能电池； 2、本专利技术的基于双棚氮桥联联化晚的共辆聚合物的制备方法简单，提纯工艺便 捷，有利于全聚合物太阳能器件的工业化生产； 3、本专利技术的聚合物作为受体材料制备的太阳能电池具有较高的光电转化效率。【附图说明】 图1为实施例5的聚合物P-BNBP-T的紫外可见吸收光谱； 图2为实施例5的聚合物P-BNBP-T的电化学测试曲线； 图3为实施例32的全聚合物太阳能电池器件的I-V曲线； 图4为实施例32的全聚合物太阳能电池器件的E犯曲线。【具体实施方式】 为了进一步说明本专利技术，下面结合【具体实施方式】对本专利技术的优选实施方案进行描 述，但是应当理解，运些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术专利 要求的限制。 本专利技术的基于BNBP的共辆聚合物，具有如式（I)所示的结构：阳03引式（I)中：n表示聚合度，为2~100的整数； -Ri为棚原子上取代基团，为W下结构中的一种： -Rz为氮原子上取代基团，为W下结构中的一种： 其中，CmHzmU表示不同长度烷基链，可W为直链也可W含有支链，m为4~24 ; -Ar-代表与BNBP共聚的结构单元，-Ar-的结构为a类结构或者b类结构，此处不 再寶述，需要说明的是，-Ar-的结构中，Rs代表的〇4~C24烷基链，可W是直链也可化含有 支链。本专利技术中，可W通过改变-Ar-的结构，能够有效的调节共辆聚合物的电子结构，进而 得到低的LUMO/HOMO能级、宽吸收光谱、W及高量子迁移率的电子受体聚合物。本专利技术共辆 聚合物的LUMO能级在-3. 50到-4.OeV的范围内，光学带隙小于2.OeV,吸收光谱在300~ 800nm，电子迁移率10 2~10 4cm2yIs1，适用于作为受体材料制备高性能太阳能电池。 本专利技术的共辆聚合物的封端基团依据封端剂的不同而不同，按照本领域技术人员 常规选择即可，没有特殊限制，因为只要共辆聚合物具有如式（I)所示的结构，就能解决本 专利技术的技术问题，并取得相应效果。如采用苯棚酸和漠苯，则聚合物由苯基团封端，用嚷吩 棚酸和漠代嚷吩，则聚合物由嚷吩封端等。 上述基于BNBP的共辆聚合物的制备方法，根据-Ar-的结构的不同而不同： 当-Ar-的结构为a类结构时，共辆聚合物通过StiU-型反应制备，作为优选方 案，该制备方法可W为： 在惰性气氛保护下（一般采用氣气），将BNBP的双漠单体、双S甲基锡单体、S (二亚苄基丙酬）二钮和=(邻甲基）苯基憐按物质的量比1:1:0. 02:0.16溶解在甲苯溶 液中，BNBP的双漠单体和双S甲基锡单体的浓度分别可W为0. 005~0. 1M，W110~120°C 回流24~4她，发生Still聚合反应，加入封端剂封端，封端剂一般采用苯棚酸和漠苯，封端 后提纯，得到共辆聚合物； 阳049] 反应式如下：阳051] 当-Ar-的结构为b类结构时，共辆聚合物通过Suzuki-型反应制备，作为优选方 案，该制备方法可W为： 在惰性气氛保护下（一般采用氣气），将BNBP的双漠单体、双棚酸醋单体、四（S 苯基麟）钮和碳酸飽（W碳酸飽水溶液的形式加入）按物质的量比1:1:0. 02:2溶解在甲苯 /水相中，BNBP的双漠单体和双棚酸醋单体的浓度分别可W为0. 005~0. 1M，110~120°C 回流24~4她，在加热回流条件下发生Suzuki聚合反应，加入封端剂封端，封端剂一般采用 苯棚酸和漠苯，提纯，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双硼氮桥联联吡啶的共轭聚合物，其特征在于，具有如式(I)所示的结构：式(I)中，n为2～100的整数；‑R1为以下结构中的一种：‑R2为以下结构中的一种：‑R2的结构中，m为4～24的整数；‑Ar‑的结构为a类结构或者b类结构，其中，a类结构为以下结构中的一种：b类结构为以下结构中的一种：‑Ar‑的结构中，R3为C4～C24的烷基。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，龙晓静，窦传冬，王利祥，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22