[发明专利]一类含非稠环受体单元的n-型聚合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一类含非稠环受体单元的n‑型聚合物及其制备方法与应用。所述的基于非稠环受体单元的n‑型聚合物的结构式如式Ⅰ所示，其中共聚单元1为A2‑D‑A1‑D‑A2型非稠环单元，A1和A2为缺电子单元，D为供电子单元；共聚单元2为共轭芳环单元，所述重复单元个数n为1～10000的自然数。本发明提供的聚合物合成成本相对较低，各中间体合成方法简单且易提纯，所得聚合物表现出宽的吸收范围、高的吸光系数，与p‑型半导体材料可以实现较好的光学吸收互补和能级匹配，应用于有机太阳电池中，器件具有良好的光电响应性能。

技术领域

本发明属于光电材料与应用技术领域，具体涉及一类含非稠环受体单元的n-型聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，聚合物太阳电池(PSCs)得到迅猛发展，其中以p-型聚合物为给体、n-型聚合物为受体的全聚合物太阳电池(all-PSCs)凭借给受体间可调的互补吸收、良好的膜稳定性以及优秀的机械性能等优势，得到越来越多的关注。但由于高效的聚合物给体/受体种类较少、且长期面临光伏活性层微观相分离结构以及电荷迁移率不理想等问题，其发展较为缓慢，能量转换效率落后于以小分子材料为受体的PSCs。

目前，大多数n-型聚合物受体材料都是基于酰亚胺单元，其中N2200是最受关注的受体材料之一，然而其却存在明显的缺陷：吸光系数低(在700nm处薄膜吸光系数仅有0.3*10⁵cm^-1)，这大大限制了短路电流(J_sc)的提升，最终影响器件性能。

为了改善这种情况，李永舫教授课题组通过将稠环非富勒烯受体单元(IDIC)作为共轭骨架引入聚合物中，设计合成了PZ1，表现出高的吸光系数、良好的成膜性和热稳定性等优点(Angew.Chem.Int.Ed.,2017,56,13503)。颜河教授、王二刚教授等人也先后报道了基于IDIC单元的聚合物受体，这些材料都表现出高的吸光系数，均获得了超过10％的能量转换效率(PCE)(ACS Energy Lett.,2019,4,417；Joule,2020,4,658)。之后，黄飞教授等人将另一种稠环非富勒烯受体单元(Y5)作为共轭骨架引入聚合物中，设计合成了PJ1，获得的PCE为14.4％，进一步凸显了全聚合物太阳电池的发展潜力(Nano Energy,2020,72,104718)。

但是这类稠环非富勒烯受体单元的合成成本较高，不利于大面积商业化生产。通过调研文献发现，一些基于非稠环结构的小分子非富勒烯受体，表现出高的吸光系数和良好的器件性能，同时其合成步骤相对较短，合成成本也相对较低，而目前将非稠环受体单元作为共轭骨干引入n-型聚合物中的工作还未被报道。因此，我们希望利用这种构筑方式，设计合成新型非稠环的聚合单体，并通过选择不同的共聚单元，对聚合物的吸收、能级进行调节，期望获得高效的全聚合物太阳电池。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种含非稠环受体单元的n-型聚合物及其制备方法，并拓展其作为受体材料在全聚合物太阳电池中的应用。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

本发明提供的聚合物是非稠环受体单元与其它共轭芳环单元共聚得到的n-型聚合物。

本发明提供一类含非稠环受体单元的n-型聚合物，结构通式如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，所述共聚单元1为A2-D-A1-D-A2型非稠环单元，用式Ⅱ表示：

式Ⅱ中，所述A1单元选自下述结构式中的任一种：