非等量给—受体单元类共轭聚合物及其制备与其在聚合物太阳能电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开一种非等量给—受体单元类共轭聚合物及其制备与其在聚合物太阳能电池中的应用。结构式如式I所示。本发明专利技术提供了一种非等量给—受体单元中等带隙共轭聚合物材料，所述材料与窄带隙n

【技术实现步骤摘要】
非等量给
—
受体单元类共轭聚合物及其制备与其在聚合物太阳能电池中的应用


[0001]本专利技术属于有机合成和太阳能电池
，具体涉及一种非等量给—受体单元类共轭聚合物及其制备与其在聚合物太阳能电池中的应用。

技术介绍

[0002]随着社会的迅猛发展，对能源的需求量逐年增加，但是，化石燃料有限，并且大规模使用会造成环境的污染，能源问题关系到国计民生是世界各国关注的重大问题。需要迫切寻求新的清洁、可再生能源。其中，太阳能具有取之不尽、用之不竭、无污染、使用方便等优点，逐渐成为新能源的替代者。
[0003]将太阳能直接转化成电能的太阳能电池是太阳能利用的一种重要形式。目前研究和开发的太阳能电池有单晶硅、多晶硅、无定型硅、单晶GaAs、有机
‑
无机杂化钙钛矿和有机/聚合物太阳能电池等。前几种硅基电池已实现商品化，其能量转换效率为20％左右，已经实现了商品化应用。近年来，基于溶液加工的有机/聚合物光伏材料的有机/聚合物太阳能电池，由于其器件结构简单、加工成本低廉、重量轻、可制备成柔性和半透明器件等突出优点，有希望在柔性和半透明器件方面成为硅基太阳能电池的重要补充。另外有机材料种类繁多、可设计性强，有希望通过材料的改性来提高太阳能电池的性能。因此，有机/聚合物太阳能电池光伏材料和器件在科学研究和工业发展上引起了人们很大的兴趣。
[0004]聚合物太阳能电池的活性层主要由共轭聚合物给体和有机半导体受体共混薄膜构成。目前广泛应用的聚合物给体光伏材料都是基于等量给
‑r/>受体单元交替排列的D
‑
A共聚物，目前基于等量D
‑
A个共聚物的修饰改进主要包括侧链工程、官能团取代等，这些改动均需要从合成路线的第一步开始重新合成新的产物，相比于这些固定等比例的等量D
‑
A共聚物，非等量共聚物可以通过给、受体比例的调整实现对电子能级、吸收光谱、载流子迁移率、结晶性等多种性能实现调整，具体实施方法仅需在合成路线的最后一步对投料比进行定量控制，使得对材料性能的调整变得大为容易，且能通过不同比例的尝试找到最合适的与受体材料相匹配的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种非等量给—受体单元D
‑
A共聚物。
[0006]本专利技术所提供的非等量给—受体单元D
‑
A共聚物，其结构式如式I所示：
[0007][0008]上述式I中，D代表给体单元基团，可选自下述结构式中的一种：
[0009][0010]所述式II
‑
1、式II
‑
2中，R选自下述基团中任意一种：烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酯基，上述各基团中包含的烷基可为碳原子数1
‑
12的直链或支链烷基，具体可为C6
‑
C12的直链或支链烷基；
[0011]上述式I中，A代表受体单元基团，可选自下述结构式中的任一种：
[0012][0013]所述式
Ⅲ‑
1、式
Ⅲ‑
2中，R选自下述基团中任意一种：烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酯基，上述各基团中包含的烷基可为碳原子数1
‑
12的直链或支链烷基；具体可为C6
‑
C12的直链或支链烷基；
[0014]上述式I中，x取值0.1～0.75，具体可为0.1
‑
0.3、0.1、0.2或0.3；
[0015]n为5
‑
100之间的自然数。
[0016]本专利技术所提供的非等量给—受体单元D
‑
A共聚物具体可为如下所示结构，但不局限于如下所示结构：
[0017][0018]本专利技术还提供上述非等量给
‑
受体单元D
‑
A共聚物的制备方法。
[0019]本专利技术所提供的非等量给
‑
受体单元D
‑
A共聚物，通过包括如下步骤的方法制备得到：
[0020]一锅法：在催化剂存在下，使得1当量的化合物1、x当量的化合物2和(1
‑
x)当量的化合物3反应，得到式Ι所示非等量给
‑
受体单元D
‑
A共聚物；
[0021][0022]其中，x可为0.1～0.75，具体可为0.1
‑
0.3、0.1、0.2、0.25、0.3、0.4、0.5或0.75；
[0023]化合物1和2中，D代表给体单元基团，可选自下述结构式中的一种：
[0024][0025]其中，R选自下述基团中任意一种：烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酯基，上述各基
团中包含的烷基可为碳原子数1
‑
12的直链或支链烷基，具体可为C6
‑
C12的直链或支链烷基；
[0026]化合物3中，A代表受体单元基团，可选自下述结构式中的任一种：
[0027][0028]R选自下述基团中任意一种：烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酯基，上述各基团中包含的烷基可为碳原子数1
‑
12的直链或支链烷基；具体可为C6
‑
C12的直链或支链烷基；
[0029]上述方法中，所述催化剂具体可为四三苯基膦钯；
[0030]所述催化剂与化合物1的配比可为：20～80mg：1mmol；
[0031]所述反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂具体可为甲苯、氯苯、邻二甲苯、邻二氯苯等；
[0032]所述反应在惰性气体保护下进行，所述惰性气体具体可为氩气、氮气等；
[0033]所述反应的条件可为：加热回流反应12～48小时。
[0034]本专利技术还提供一种光活性层。
[0035]本专利技术所提供的光活性层，由所述非等量给—受体单元D
‑
A共聚物和n
‑
型电子受体组成，所述n
‑
型电子受体与所述非等量给—受体单元D
‑
A共聚物的重量比可为1:0.5～2，具体可为1：1.4；
[0036]所述n
‑
型电子受体具体可为非富勒烯类小分子化合物,如图1所示的Y6；
[0037]所述光活性层通过将所述非等量给—受体单元D
‑
A共聚物和n
‑
型电子受体在溶剂中混合，涂覆后制得，
[0038]其中，所述溶剂可选自：甲苯、二甲苯、三甲苯、氯仿、氯苯、二氯苯和三氯苯中至少一种；
[0039]所得混合物中，所述非等量给—受体单元D
‑
A共聚物的浓度可为0.5mg/mL～50mg/mL，具体可为4mg/mL～20mg/mL，所述n
‑
型电子受体的浓度可为0.5mg/mL～50mg/mL，具体可为3mg/mL～20mg/mL。
[0040]上述非等量给—受体单元D
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非等量给—受体单元D
‑
A共聚物，其结构式如式I所示：式I中，D代表给体单元基团，选自下述结构式中的一种：所述式II
‑
1、式II
‑
2中，R选自下述基团中任意一种：烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酯基，其中，上述各基团中包含的烷基为碳原子数1
‑
12的直链或支链烷基；式I中，A代表受体单元基团，选自下述结构式中的任一种：所述式
Ⅲ‑
1、式
Ⅲ‑
2中，R选自下述基团中任意一种：烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酯基，其中，上述各基团中包含的烷基为碳原子数1
‑
12的直链或支链烷基；上述式I中，x取值0.1～0.75；n为5
‑
100之间的自然数。2.根据权利要求1所述的非等量给—受体单元D
‑
A共聚物，其特征在于：所述非等量给—受体单元D
‑
A共聚物为如下所示结构：
3.制备权利要求1或2所述的非等量给
‑
受体单元D
‑
A共聚物的方法，包括如下步骤：一锅法：在催化剂存在下，使得1当量的化合物1、x当量的化合物2和(1
‑
x)当量的化合物3反应，得到式Ι所示非等量给
‑
受体单元D
‑
A共聚物；其中，x为0.1～0.75；化合物1和2中，D代表的基团与权利要求1中式I所述共聚物中的D代表的基团相同；化合物3中，A代表的基团与权利要求1中式I所述共聚物中的A代表的基团相同。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述催化剂为四三苯基膦钯；所述催化剂与化合物1的配比为：20～80mg：1mmol；所述反应在有机溶剂中进行，所述有...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚子雅，李永舫，孙晨凯，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：