一种超支化聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种超支化聚合物及其制备方法和应用。本发明专利技术的超支化聚合物具有高度支化的大分子骨架和三维树枝状结构，表现出优异的溶解性、卓越的加工性和高密度的官能团。在电子传输层中，高密度的极性官能团和界面偶极子可以显著提高电荷抽取效率。将本发明专利技术的超支化聚合物作为有机太阳能电池的电子传输层，有效提高了有机太阳能电池的能量转换效率。效提高了有机太阳能电池的能量转换效率。效提高了有机太阳能电池的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种超支化聚合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及有机太阳能电池
，尤其涉及一种超支化聚合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在有机太阳能电池中，电极和活性层之间的界面由于能级不匹配和高密度的陷阱态而存在缺陷，影响电荷输运和收集效率。因此，通常需要在界面处引入界面层来改善欧姆接触并提高电荷输运和收集效率。目前，大多数高效的电子传输层材料都含有极性官能团，如氨基或季铵盐，这些官能团能够赋予电子传输层材料自掺杂效应，提高材料的导电性，并在活性层或金属电极的界面形成界面偶极子，从而降低界面势垒并促进电荷转移和注入。然而，目前有机太阳能电池大多数使用线性聚合物作为电子传输层，这些线性聚合物中自由离子对的不均匀分布和界面偶极子的低密度不利于电极处的电荷转移和收集，进而导致能量转换效率较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种超支化聚合物及其制备方法和应用，将本专利技术提供的超支化聚合物作为有机太阳能电池的电子传输层，有效提高了有机太阳能电池的能量转换效率。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种超支化聚合物，具有式1所示结构：
[0006][0007]式1中，R1为氢、氟、氯或溴；R2为氢、氟、氯、溴或C1～12的直链烷基；x为1～12中的整数；m为1～12中的整数；n为任意整数；
[0008]其中core为以下结构中的任意一种：
[0009][0010]优选的，具有以下任意一种结构：
[0011][0012]本专利技术提供了上述方案所述超支化聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将化合物A、化合物B、缚酸剂和极性有机溶剂混合，进行季铵化聚合反应，得到所述超支化聚合物；
[0014]所述化合物A具有式2所示结构：
[0015]式2中，R1为氢、氟、氯或溴，x为1～12中的整数；
[0016]所述化合物B具有式3～式9任意一项所示结构：
[0017][0018]式3～式9中，R2为氢、氟、氯、溴或C1～12的直链烷基；m为1～12中的整数。
[0019]优选的，所述化合物A与化合物B的摩尔比为1：(1.5～5)。
[0020]优选的，所述缚酸剂包括碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯；所述化合物A与缚酸剂的摩尔比为1：(0.01～1)。
[0021]优选的，所述极性有机溶剂包括三氯甲烷和三氟乙醇，或者包括三氯甲烷和甲醇。
[0022]优选的，所述季铵化聚合反应的温度为0～150℃。
[0023]优选的，所述季铵化聚合反应的时间为1～72h。
[0024]优选的，所述季铵化聚合反应后，还包括对所得反应产物体系进行第一固液分离，将所得溶液进行蒸发浓缩，向所得浓缩液中加入四氢呋喃，待固体析出后，第二固液分离，对所得固体进行洗涤和干燥，得到超支化聚合物纯品。
[0025]本专利技术提供了上述方案所述超支化聚合物或上述方案所述超支化聚合物在有机太阳能电池电子传输层中的应用。
[0026]本专利技术提供了一种超支化聚合物，具有高度支化的大分子骨架和三维树枝状结构，表现出优异的溶解性、卓越的加工性和高密度的官能团。在电子传输层中，高密度的极性官能团和界面偶极子可以显著提高电荷抽取效率。将本专利技术的超支化聚合物作为有机太阳能电池的电子传输层，有效提高了有机太阳能电池的能量转换效率，增强了电子传输层的膜厚耐受性，为有机太阳能电池的工业化应用奠定了基础。
附图说明
[0027]图1为HPB01的凝胶渗透色谱图；
[0028]图2为HPB02的凝胶渗透色谱图；
[0029]图3为HPB01和HPB02在不同厚度下的J
‑
V及EQE曲线图；
[0030]图4为HPB01和HPB02的AFM高度图和相图；
[0031]图5中，(a)为HPB01与HPB02在三氟乙醇溶液状态下的吸收光谱图(浓度为10
‑2mg/mL)，(b)为HPB01与HPB02在薄膜状态下的吸收光谱图，(c)为HPB01与HPB02的紫外光电子能谱，(d)为给受体材料及电子传输层材料的能级图，(e)为HPB01与HPB02的电子顺磁共振谱图，(f)为ITO/ETL/Ag结构的HPB01和HPB02的J
‑
V曲线图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种超支化聚合物，具有式1所示结构：
[0033][0034]式1中，R1为氢、氟、氯或溴；R2为氢、氟、氯、溴或C1～12的直链烷基；x为1～12中的整数；m为1～12中的整数；n为任意整数；
[0035]其中core为以下结构中的任意一种：
[0036][0037]在本专利技术中，所述超支化聚合物优选具有以下任意一种结构：
[0038][0039][0040]本专利技术提供了上述方案所述超支化聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0041]将化合物A、化合物B、缚酸剂和极性有机溶剂混合，进行季铵化聚合反应，得到所述超支化聚合物；
[0042]所述化合物A具有式2所示结构：
[0043][0044]式2中，R1为氢、氟、氯或溴，x为1～12中的整数；
[0045]所述化合物B具有式3～式9任意一项所示结构：
[0046][0047]式3～式9中，R2为氢、氟、氯、溴或C1～12的直链烷基；m为1～12中的整数。
[0048]在本专利技术中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
[0049]在本专利技术中，所述缚酸剂优选包括碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯，更优选为碳酸钠；所述化合物A与缚酸剂的摩尔比优选为1：(0.01～1)，更优选为1：(0.1～0.9)，进一步优选为1：(0.3～0.7)。在本专利技术中，所述缚酸剂的作用是中和反应体系中的酸性物质。
[0050]在本专利技术中，所述极性有机溶剂优选包括三氯甲烷和三氟乙醇，或者包括三氯甲烷和甲醇；所述三氯甲烷和三氟乙醇(或甲醇)的体积比优选为(1～100)：1，更优选为(10～90)：1，进一步优选为(30～60)：1。本专利技术对所述极性有机溶剂的用量没有特殊要求，能够将化合物A完全溶解即可。
[0051]在本专利技术中，所述化合物A与化合物B的摩尔比优选为1：(1.5～5)，更优选为1：(2～4)，进一步优选为1：(2.5～3.5)。
[0052]在本专利技术中，将化合物A、化合物B、缚酸剂和极性有机溶剂混合优选包括：将化合物A溶解于极性有机溶剂中，然后向所得溶解液中加入缚酸剂和化合物B。
[0053]在本专利技术中，所述季铵化聚合反应的温度优选为0～150℃，更优选为20～130℃，进一步优选为50～100℃；所述季铵化聚合反应的时间优选为1～72h，更优选为10～60h，进一步优选为20～50h。
[0054]完成所述季铵化聚合反应后，本专利技术优选还包括对所得反应产物体系进行第一固液分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超支化聚合物，其特征在于，具有式1所示结构：式1中，R1为氢、氟、氯或溴；R2为氢、氟、氯、溴或C1～12的直链烷基；x为1～12中的整数；m为1～12中的整数；n为任意整数；其中core为以下结构中的任意一种：2.根据权利要求1所述的超支化聚合物，其特征在于，具有以下任意一种结构：
3.权利要求1或2所述超支化聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将化合物A、化合物B、缚酸剂和极性有机溶剂混合，进行季铵化聚合反应，得到所述超支化聚合物；所述化合物A具有式2所示结构：
式2中，R1为氢、氟、氯或溴，x为1～12中的整数；所述化合物B具有式3～式9任意一项所示结构：式3～式9中，R2为氢、氟、氯、溴或C1～12的直链烷基；m为1～12中的整数。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述化合物A与化合物B的摩尔比为1：(1.5～5)。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冬冬，陈祥，方洁，谢谦，张月凤，赵朝委，游胜勇，李韦伟，
申请(专利权)人：江西省科学院应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：