[发明专利]受体聚合物、光活性层、能量器件及制备方法与应用

说明书

本发明提供了受体聚合物、光活性层、能量器件及制备方法与应用，制备的受体聚合物是以DAD稠环小分子为骨架，芳香环为连接基团，获得了兼具窄带隙和高消光系数的性能，将具有该性能的受体聚合物与中等带隙电子给体材料匹配，可以有效提高能量转换效率，因此能够广泛应用于锂离子电池、电化学器件、超级电容器、有机光伏器件、电致变色器件、场效应管晶体管和传感器中，具体地将该受体聚合物应用于全聚合物光伏器件中，能量转换效率可以达到13％以上。

技术领域

本发明属于光伏材料领域，具体涉及受体聚合物、光活性层、能量器件及其制备方法与应用。

技术背景

将太阳能转化为电能一直是科研工作者们研究热点之一，并且成果可观。全聚合物有机太阳能电池凭借其成本低、质量轻、柔性、良好的热稳定性和机械稳定性和可卷对卷大规模生产等优势而广受研究者关注。近几年，经过对分子结构、器件结构和加工工艺的优化，全聚合物有机太阳能电池的光电转化效率已突破11％，这显示出其巨大应用前景(见刘烽Adv.Mater.2019,31,1902899)。但之后光电转换效率迟迟未得到大的突破，这主要是因为缺乏兼顾窄带隙和高消光系数的受体聚合物。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供受体聚合物、光活性层、能量器件及制备方法与应用，受体聚合物兼具窄带隙和高消光系数，能够有效地提高全聚合物太阳能电池的效率。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

受体聚合物

本发明提供一种受体聚合物，其特征在于，结构通式为：

式中，Ar为下述4种单元中的任一种：

1)亚乙烯基、亚乙炔基、单环亚芳基、双环亚芳基、单环杂亚芳基、双环杂亚芳基或至少三个环的杂亚芳基；

2)单环杂亚芳基的环与环之间耦合或通过单键连接形成的基团；

3)双环杂亚芳基的环与环之间耦合或通过单键连接形成的基团；

4)至少三个环的杂亚芳基中的环与环之间耦合或通过单键连接形成的基团；

R₁为H或烷基链，R₂为烷基链，烷基链为碳原子数为1～24的直链或支链；

n代表稠环骨架和连接芳环的重复单元个数，为1～100之间的自然数。

优选地，本发明提供的受体聚合物还可以具有以下特征：R₁为碳原子数为6～12的直链烷基，如正十一烷基，R₂为碳原子数为20～24的支链烷基，如2-己基-癸烷或2-辛基-十二烷基。

优选地，本发明提供的受体聚合物还可以具有以下特征：Ar为共轭芳环、亚乙烯基、由共轭芳环构筑形成的稠环、或由共轭芳环与乙烯基构筑的共轭基团，共轭芳环为噻吩、并噻吩、苯环、呋喃或噻吩。

优选地，本发明提供的受体聚合物还可以具有以下特征：Ar为下述7种基团中的任一种：

在上述结构通式中，M表示H、Cl或F原子；N’表示H、烷基链或烷氧链；R₃为烷基、烷氧链或烷硫链；并且，R₃中所包含的烷基均为碳原子数为1～24的直链或支链。

优选地，本发明提供的受体聚合物还可以具有以下特征：Ar为下述3种基团中的任一种：

在上述结构通式中，R’₃为2-乙基-己基或2-己基-癸烷。