[发明专利]胺基修饰的共轭聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种胺基修饰的共轭聚合物及其制备方法和在有机太阳能电池器件中的应用。

背景技术

近年来，随着能源的日益消耗，太阳能越来越受到人类关注。而有机太阳能电池由于其制作简单、可大面积制作和溶液加工已成为人们关注的焦点。经过过去几年的发展，有机太阳能电池已获得了单质器件效率超过9.2％和串联器件效率超过10％。有机太阳能电池有正型和反型两种结构。在反型器件结构中，高功函数的ITO和活性层直接接触不利于电子的注入和收集。另外，无机导电电极ITO和有机活性层之间也不利于形成良好的欧姆接触。因此，人们开始寻找能够提高器件性能和稳定性的有机电子缓冲层材料。这些有机电子缓冲层材料包括共轭聚合物类和小分子类。其中，共轭聚合物类电子缓冲层材料由于易于成膜和不易团聚等优点近年来最引人瞩目。

苝二酰亚胺(Perylene tetracarboxylic axid diimide,简称PDI)类衍生物以其具有优异的热和光化学稳定性以及独特的光物理化学性质而在有机光电领域有着重要的地位和应用前景。其在有机太阳能电池中的应用主要是作为受体替代广泛应用的苝二酰亚胺衍生物(例如PCBM)。此外，其作为小分子类电子缓冲层也已经被报道(Energy Environ.Sci.)。

发明内容

本发明的目的是提供一种胺基修饰的共轭聚合物(PF-PDIN)及其制备方法和应用，尤其是作为电子缓冲层在有机太阳能电池中的应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种胺基修饰的共轭聚合物，该共轭聚合物的化学结构通式如式Ⅰ：

其中，R1和R2分别独立选自C1-C10的亚烷基；R3相同或不同，且各自独立地选自H，C1-C10的烷基。

进一步的，所述R1为-(CH2)8-，R2为-(CH2)3-，R3为-CH3。

进一步优选的，所述共轭聚合物选自式Ⅱ：

本发明的胺基修饰的共轭聚合物能溶于水、甲醇、乙醇中的一种以上，并能通过旋涂或打印方式成膜。

本发明提供的所述胺基修饰的共轭聚合物的制备方法，具体是将9,9-二辛基芴、5,12-二溴-2,9-二(3-(二甲氨基)丙基)蒽[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']二异喹啉-1,3,8,10(2H,9H)-四酮通过Suzuki偶合反应在钯催化下进行聚合反应，然后经沉淀、过滤、干燥得到。

进一步的，本发明还提供上述胺基修饰的共轭聚合物在制备太阳能电池器件、场效应晶体管器件和电致发光器件中的应用，特别是用于聚合物太阳能电池的阴极修饰。

本发明的聚合物溶能在水、甲醇、乙醇等溶剂中溶剂，并通过旋涂或打印等方式成膜。

上述制备方法优选的步骤是：

将经过纯化的2,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3-二氧-2-硼烷基)-9,9-二辛基芴、5,12-二溴-2,9-二(3-(二甲氨基)丙基)蒽[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']二异喹啉-1,3,8,10(2H,9H)-四酮溶于甲苯和2M Na₂CO₃水溶液中，然后再加入Pd(PPh₃)₄(5.0-0.5mol％)以及表面乳化剂Aliquat 336适量，在氩气或氮气气氛下回流搅拌12～48h，然后用甲醇沉淀，过滤，再用氯仿过短柱，最后减压旋干，所得产物真空干燥24小时。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：该共轭聚合物材料合成路线具有简单高效、环境污染小、原料廉价、合成成本低等优点。所述胺基修饰的共轭聚合物能显著提高聚合物太阳能电池器件性能和稳定性，这对聚合物太阳能电池领域应用具有重要意义。

附图说明

图1a和图1b分别为实施例5中聚合物的吸收光谱和循环伏安曲线；

图2为以实施例5中聚合物为电子传输层的P3HT:PC₆₁BM太阳能电池的电流密度-电压曲线；

图3为有机太阳能电池器件结构图和电子缓冲层结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案，但本发明的实施和保护并不限于此。以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。

实施例1

2,7-二溴芴的制备。