[发明专利]基于多元稠环结构的多元共聚物及其在有机光电器件中的应用

说明书

本发明涉及基于多元稠环结构的多元共聚物及其在有机光电器件中的应用。所述共聚物的主链含有多元稠环受体‑给体‑受体型结构单元。通过多元共聚单体种类及共聚比例的控制，可以对材料的光电性能进行调控，获得的多元共聚物具有更宽的光谱吸收与更高的摩尔吸收系数。该类型聚合物可以作为电子受体，应用于有机光电器件中，获得较高的器件光电转换效率。

技术领域

本发明涉及高分子光电材料领域，具体涉及一类基于多元稠环结构的多元共聚物及其在有机光电器件中的应用。

背景技术

能源短缺、环境污染是我国经济可持续发展面临的重大问题。发展新型绿色能源技术是解决上述问题的重要途径之一，而太阳能发电(光伏发电)是众多绿色、可再生能源中的佼佼者，对于降低污染和减少二氧化碳排放，实现低碳经济的发展具有重要意义。有机/聚合物太阳电池具有成本低廉、可采用溶液加工制备大面积器件、以及可制成柔性器件等突出优点，且可与无机半导体太阳电池的应用领域很好的互补，具有巨大的商业开发价值和应用前景。

近几年来，基于富勒烯受体PCBM的聚合物太阳能电池受到科学家们的广泛研究和关注，单节太阳能电池的转化效率突破11％。但是富勒烯衍生物本身所具有的不稳定性以及高成本，使得科学家开始寻找能代替它们的受体材料，以适应实际生产的应用。作为聚合物太阳电池领域的一个重要分支，全聚合物太阳能电池是一类使用n-型聚合物取代富勒烯衍生物或者非富勒烯共轭小分子作为受体的新型太阳电池技术。聚合物受体材料取代富勒烯受体，可以克服富勒烯受体存在的可见光区吸光弱、能级调控范围窄、光化学不稳定、形貌稳定性差等缺点。此外，全聚合物太阳电池还具有更好的成膜与加工性能，光伏器件也具有更好的机械性能，有利于柔性有机太阳电池的大面积集成化制备。因此，近年来，全聚合物太阳电池不断受到研究者的关注。

尽管全聚合物太阳电池具有很多优势和发展潜能，但目前全聚合物太阳电池的效率仍低于富勒烯以及非富勒烯小分子受体型太阳电池。其主要原因是现有体系的聚合物受体存在光谱吸收范围窄、摩尔吸收系数低等缺点。通过主链上引入多元稠环结构制备多元共聚物，通过分子结构剪裁获得高摩尔吸光系数、宽光谱吸收且能级化学可调的聚合物，有望解决上述问题，提升以聚合物为电子受体的有机太阳电池的性能。

发明内容

本发明的目的在于设计并合成基于多元稠环结构的多元共聚物用于有机光电器件中。

本发明所提供的一类基于多元稠环结构的多元共聚物，其结构如式I所示：

其中，x、y、z为1～10000的自然数；A为基于多元稠环的受体-给体-受体型结构单元；B为缺电性单元；C为共轭芳环单元；A具有如下结构的一种或多种：

其中，R₁、R₂为氢原子、卤素原子；或者R₁、R₂为选自C₁～C₆₀的直链、支链或者环状烷基链，其中一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、甲基、乙基、甲氧基、硝基取代；或者所述直链、支链或者环状烷基链中的氢原子被氟原子或上述官能团取代。

进一步地，B为缺电性结构单元，具有如下结构的一种或多种：

其中，R₃为氢原子、卤素原子；或者R₃为选自C₁～C₆₀的直链、支链或者环状烷基链，其中一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、甲基、乙基、甲氧基、硝基取代；或者所述直链、支链或者环状烷基链中的氢原子被氟原子或上述官能团取代。

进一步地，C为共轭芳环单元，选自如下结构的任一种或多种：