一类含喹喔啉单元的p-型D-A共聚物在高效有机与钙钛矿太阳电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一类含喹喔啉单元的p

【技术实现步骤摘要】
一类含喹喔啉单元的p
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型D
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A共聚物在高效有机与钙钛矿太阳电池中的应用


[0001]本专利技术涉及一类含喹喔啉单元的p
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型D
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A共聚物在高效有机与钙钛矿太阳电池中的应用。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，人们对能源的需求越来越大，太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，越来越受到人们关注[Chamberlain G A.,Solar cells,1983,8(1):47
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83. Li Y.,Acc.Chem.Res.,2012,45(5):723
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733.]。有机/聚合物太阳电池(PSC)作为一种新型的提供可再生能源的供给设备，受到科技人员的广泛关注。在常见的PSCs中活性层材料分为p
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型共轭聚合物给体和n
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型小分子受体，过去的几年中由于窄带隙非富勒烯受体材料和宽带隙聚合物给体材料的突破，带动了有机太阳电池领域的快速发展，目前PSC的能量转换效率已经突破17％。
[0003]喹喔啉是一类重要的杂环芳香类的苯并吡嗪类化合物，许多喹喔啉衍生物具有抗癌、抗菌等活性，它也是一种重要的精细化工中间体，广泛用于农药、医药等行业。同时，喹喔啉可以通过简单的聚合成为聚合物材料，在有机/聚合物太阳电池中，以喹喔啉类衍生物作为受体(A)结构单元的D
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A共聚物常常用于给体材料，因而也得到广泛关注[C.Sun,F.Pan,H.Bin,J.Zhang,L.Xue,B.Qiu,Z.Wei,Z.G.Zhang,Y.Li,Nat. Commun.2018,9(1),1
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10.D.Gedefaw,M.Prosa,M.Bolognesi,M.Seri,M.R.Andersson, Adv.Energy Mater.,2017,7(21):1700575.]。喹喔啉类D
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A共聚物给体光伏材料具有重要的发展和应用前景。
[0004]聚合物太阳电池中理想的共轭聚合物给体材料的设计应有如下几个要素：(a)在可见光区域有宽而强的吸收；(b)合适的HOMO能级和LUMO能级，这样可以确保较高的开路电压(V
oc
)值；(c)高的空穴迁移率，这样有利于提高电荷传输效率、提高填充因子(FF)和提高短路电流密度(J
sc
)值；(d)分子量高，且在普通有机溶剂中的溶解性好；(e)侧链中芳香环上烷基链易调节，可以调控材料分子堆积，好的堆积形式可以提高材料性能。喹喔啉具有侧链易修饰和能级易调控的独特优点，因此是设计共轭聚合物给体材料的一个理想的结构单元。
[0005]另外，在钙钛矿太阳电池中，聚合物PTAA和Poly
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TPD作为传统空穴传输材料被广泛研究[J.H.Heo,S.H.Im,J.H.Noh,T.N.Mandal,C.
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S.Lim,J.A.Chang,Y.H. Lee,H.
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j.Kim,A.Sarkar,M.K.Nazeeruddin,M.S.I.Seok,Nat.Photonics 2013, 7,486.D.Zhao,M.Sexton,H.
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Y.Park,G.Baure,J.C.Nino,F.So,Adv.Energy Mater.2015, 5(6):1401855.]，但其光伏性能仍然不足。喹喔啉单元可通过侧链调节分子间相互作用和调控能级，调节分子平面性，来改善材料的空穴迁移率。基于喹喔啉的聚合物PTQ10 用作钙钛矿太阳电池的空穴传输层材料曾获得不错的光伏性能[L.Meng,C.Sun,R. Wang,W.Huang,Z.Zhao,P.Sun,T.Huang,J.Xue,J.
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W.Lee,C.Zhu,Y.Huang,Y.Li,Y. Yang,J.Am.Chem.Soc.2018.140(49),17255
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17262]，因此喹喔啉类p
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型共轭聚合物在钙钛矿太
阳电池中的空穴传输层材料中也有很大的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术是通过侧链工程的方法，合成了一类基于喹喔啉受体(A)结构单元的D
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A共聚物、以及这类喹喔啉类聚合物在高效聚合物太阳能电池给体光伏材料中的应用和在高效钙钛矿太阳能电池的空穴传输层中的应用。
[0007]本专利技术要求保护式I或式II所示喹喔啉类共轭聚合物，
[0008][0009]所述式I和式II中，R1和R2相同或不同，各自独立的选自氢原子、卤素原子、 C1
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C20的烷基、C1
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C20的烷氧基、C1
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C20的烷硫基和C1
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C20的硅烷基中任意一种；
[0010]X1、X2和X3相同或不同，各自独立的表示氢原子或卤素原子；
[0011]D为D1或D2所示基团；
[0012][0013]所述D1或D2中，R3为氢原子、卤素原子、C1
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C20的烷基、C1
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C20的烷氧基或 C1
‑
C20的烷硫基；
[0014]X4为氢原子或卤素原子；
[0015]n为2
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2000；具体为2
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1000或2
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500或10
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50或40。
[0016]具体的，所述C1
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C20的烷基中，烷基的个数具体为1、2、3、4、5、6、7、8、 9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、1
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10、1
‑
15或2
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8；所述C1
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C20 的烷氧基中，烷氧基的个数具体为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、 15、16、17、18、19、20、1
‑
10、1
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15或2
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8；C1
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C20的烷硫基中，烷硫基的个数具体为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、 1
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10、1
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15或2
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8；C1
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C20的硅烷基中，硅烷基的个数具体为1、2、3、4、5、6、7、 8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、1
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10、1
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15或2
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8；
[0017]具体的，所述喹喔啉类共轭聚合物为如下化合物a～f中任意一种：
[0018][0019][0020]另外，上述本专利技术要求保护的式I或式II所示喹喔啉类共轭聚合物在制备太本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.式I或式II所示喹喔啉类共轭聚合物，所述式I和式II中，R1和R2相同或不同，各自独立的选自氢原子、卤素原子、C1
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C20的烷基、C1
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C20的烷氧基、C1
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C20的烷硫基和C1
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C20的硅烷基中任意一种；X1、X2和X3相同或不同，各自独立的表示氢原子或卤素原子；D为D1或D2所示基团；所述D1或D2中，R3为氢原子、卤素原子、C1
‑
C20的烷基、C1
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C20的烷氧基或C1
‑
C20的烷硫基；X4为氢原子或卤素原子；n为2
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱灿，李永舫，孟磊，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：