一种高性能三元聚合给体及其制备方法和应用技术

技术编号：40441778 阅读：5 留言：0更新日期：2024-02-22 23:04

一种高性能三元聚合给体及其制备方法和应用，具有如下基本单元结构：其中，D<subgt;1</subgt;、D<subgt;2</subgt;为给体基团，A为受体基团。将给体基团D<subgt;1</subgt;与受体基团A在催化剂下反应，得到预聚物Ⅰ；将给体基团D<subgt;2</subgt;与受体基团A采用相同的方法得到预聚物Ⅱ，然后将预聚物Ⅰ和预聚物Ⅱ反应，经甲醇中沉降，抽滤、抽提等，得到聚合物给体。所述聚合给体在有机太阳能器件中的应用。本发明专利技术制备较为简单，通过调节引入聚合物的给受体基团，有效调控了聚合物给体的结构。器件的Voc为0.866V，Jsc为26.56mA cm‑2，填充因子为0.793，功率转换效率为18.25％，具备很强的可行性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学。

技术介绍

1、近年来，越来越多的研究者致力于有机太阳能电池器件效率的提高，除了开路电压、短路电流密度和填充因子等影响因素外，聚合物材料的批次稳定性也严重了影响器件的性能，这一弱点极大地阻碍了聚合物的商业化和批量生产。因此，对聚合物序列结构的把控非常重要。

2、研究表明：三元共聚反应是提高聚合物给体的器件性能和批次稳定性的一种具有成本效益和节省时间的方法。如zhang和yan等将噻吩-噻唑噻唑(ttz)和噻唑[5,4-d]噻唑(tztz)引入pm6主链，均具有良好的批次重现性。然而，由于单体反应顺序不同，传统一锅聚合得到的三元聚合物给体结构不明确，对吸收、结晶、分子堆积和器件性能有很大的影响。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是针对现在技术存在的问题，提出一种高性能三元聚合给体及其制备方法和在有机太阳能电池器件中的应用。

2、通过逐步聚合技术优化高性能有机太阳能电池的聚合物序列分布。通过逐步聚合合成了嵌段共聚物m2。而基于该嵌段共聚物m2的器件表现出良好的高效激子解离，能量损失降低和更好的正面取向，实现了能量转换效率为18.25％的器件性能。因此，本专利技术证明了逐步聚合技术在改变序列结构上的有效性。

3、本专利技术是通过以下技术方案实现的。

4、本专利技术所述的一种高性能三元聚合给体，具有如下基本单元结构：

5、

6、其中，d1、d2为给体基团，d1为(4-(5-(2-ethylhexy

7、

8、d2为(4-(4-chloro-5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-8-(4-chlorothiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl)bis(trimethylstannane)(简称cl-bdt)：

9、

10、a为受体基团，1,3-双(5-溴硫吩-2-烷基)-5,7-双(2-ethylhexyl)-4h,8h-benzo[1,2-c：4,5-c’]dithiophene-4,8-dione(简称2br-bdd)：

11、

12、本专利技术所述的一种高性能三元聚合给体的制备方法，包括以下步骤：

13、(1)将给体基团d1与受体基团a按聚合物的单体比例1:1加入到反应瓶中，用氩气冲洗反应容器15-20min，加入催化剂后，再次用氩气冲洗15-20min，将反应产物加热回流1.5h，随后再加入给体基团d1进行封端，，继续加热回流3h，得到预聚物ⅰ；

14、(2)将给体基团d2与受体基团a按聚合物的单体比例1:1加入到反应瓶中，用氩气冲洗反应容器15-20min，加入催化剂后，再次用氩气冲洗15-20min，将反应产物加热回流1.5h，随后再加入受体基团a进行封端，继续加热回流3h，得到预聚物ⅱ；

15、(3)将预聚物ⅰ和预聚物ⅱ按反应比例加入到反应瓶中，加入催化剂前后如步骤(1)所述用氩气冲洗，将反应产物加热回流4h。

16、(4)停止反应，将步骤(2)中反应溶液在甲醇中沉降，抽滤，然后分别用正己烷、丙酮、氯仿抽提，最后的抽提溶液用旋转蒸发仪旋干，再次在甲醇中沉降，抽滤，得到聚合物给体。

17、步骤(1)中所述给体基团为f-bdt或cl-bdt，受体基团为2br-bdd；

18、步骤(1)所述的催化剂为pd(pph3)4，或者三(邻甲苯基)膦与pd2(dba)3；

19、本专利技术所述的一种高性能三元聚合给体在有机太阳能器件中的应用。

20、将得到的聚合物给体与受体btp-ec9(非富勒烯小分子有机物)以1:1.2的比例溶于1,2,4-三甲苯溶液中，作为有机太阳能器件的活性层。在干净的ito玻璃片上旋涂zno后再旋涂活性层，最后蒸镀上三氧化钼和银。所述活性层浓度为30mg/ml，旋涂的转速为1800r/min。

21、本专利技术通过逐步聚合的方法可以调控聚合物的序列结构，使其具有更规律的主链和更好的批次稳定性。

22、本专利技术是在将给受体基团进行stille偶联聚合的基础上，通过再引入给体或受体基团，生成预聚物，再将预聚物进行聚合，形成规则的序列结构，从而增强分子的共面构象，使聚合物具有更为紧凑的π-π堆叠作用，促进分子之间的有序堆积和结晶度的提高。与此同时，能量紊乱的降低也有效地抑制了器件的能量损失，从而获得结构有序、性能优良、批次稳定的三元聚合物。实验证明，通过逐步聚合得到的聚合物给体材料序列结构得到明显的调控，活性层形貌也得到了优化，效率也达到了18.25％。

23、本专利技术的有益效果如下：逐步聚合技术优化序列结构的原理和制备过程都较为简单，通过调节引入聚合物的给受体基团，有效调控了聚合物给体的结构。器件的voc为0.866v，jsc为26.56ma cm-2，填充因子(ff)为0.793，功率转换效率为18.25％，具备很强的可行性。

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【技术保护点】

1.一种高性能三元聚合给体，其特征是具有如下基本单元结构：

2.权利要求1所述的一种高性能三元聚合给体的制备方法，其特征是包括以下步骤：

3.权利要求书1所述的高性能三元聚合给体在有机太阳能器件中的应用。

【技术特征摘要】

1.一种高性能三元聚合给体，其特征是具有如下基本单元结构：

2.权利要求1所述的一种高性能三元聚合给体...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄斌，汪小平，邓祥萌，方雨，李敏，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：

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