[发明专利]一种含有苯并[c]噌啉的共轭聚合物及其合成方法与应用

说明书

本发明公开了一种含有苯并[c]噌啉的共轭聚合物及其合成方法与应用。本发明提及的基于苯并[c]噌啉的共轭聚合物结构式。以本发明的基于苯并[c]噌啉的共轭聚合物为光敏材料所制备的最常见有机太阳能电池(OPVs)器件(器件结构为：ITO/PEDOT：PSS/Polymer：PC₇₁BM/LiF/Al)，其开路电压高，光谱响应范围宽而强，填充因子理想，短路电流密度较大，其能量转换效率高达7.92％，充分展现了这类聚合物在OPVs中的潜力和良好应用前景。

技术领域

本发明涉及有机光伏电池(OPVs)材料和结构领域，具体涉及一种共轭聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会发展的日新月异，能源问题已经成为一个越来越重要的话题，尤其是以太阳能、风能、水能等为代表的清洁能源更是人们探索和研究的焦点。有机光伏电池(OPVs)是一种利用有机/聚合物半导体材料作为光活性层将太阳能转换为电能的器件。与其它类型的太阳能电池相比，OPVs具有的低成本、质量轻、制作工艺简单、可大规模印刷及柔性等优点，已经展现出巨大的商业应用前景。目前有机太阳能电池的PCE已超过10％，但其光电转化效率距离实现商业化应用的要求还有一定的差距。要想进一步提高有机太阳能电池的性能，就必须不断探索新的结构单元，并以此设计并合成新的高性能光伏材料。

苯并[c]噌啉(ZL)是一种含氮杂环化合物，且共平面性好，基于ZL的聚合物被用于有机场效应晶体管和有机发光领域。Jyh-Chien Chen等人将苯并[c]噌啉的双醛衍生物与苯的双膦酯进行霍纳尔-沃兹沃思-埃蒙斯反应，成功获得了具有n-型载流子传输特性的聚合物，并制备成有机场效应晶体管(Synthesis and properties of air-stable n-channel semiconductors based on MEH-PPV derivatives containing benzo[c]cinnoline moieties，Journal of Materials Chemistry C,2014,2,4835-4846)；随后，他们将苯并[c]噌啉与芴共聚，获得的聚合物实现了紫外辐射增强的光致发光(UV-irradiation-enhanced photoluminescence emission of polyfluorenes containingheterocyclic benzo[c]cinnoline moieties，Macromolecules,2015,48(13),4373–4381)。然而，到目前为止，还未见苯并[c]噌啉在OPVs中的应用。本发明首次将苯并[c]噌啉引入OPVs，同时，为了增强聚合物的分子间作用力，提高载流子迁移率，降低聚合物的HOMO、LUMO能级，在苯并[c]噌啉上引入两个氟原子，获得2,9-二氟苯并[c]噌啉共轭单元(DFZL)，基于DFZL的聚合物还未见报道，用于OPVs光伏材料更是首次。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种基于苯并[c]噌啉的共轭聚合物及其制备方法和在OPVs中的应用。

本发明的技术方案为：

一种含有苯并[c]噌啉的共轭聚合物，具有以下通式(Ⅰ)：

式(Ⅰ)中，X为氢或氟；Ar为含烷基侧链的共轭芳环衍生物；n为5-1000的自然数。

式(Ⅰ)中Ar为含烷基侧链的共轭芳环衍生物，其结构式如式(Ⅱ)或式(Ⅲ)所示：

式(Ⅱ)和式(Ⅲ)中，R为碳原子数为4-30的直链烷烃或支链烷烃；D为富电子共轭结构单元；A为缺电子共轭结构单元。

式(Ⅱ)中的D为富电子的共轭结构单元，其结构如下所列，但并不仅仅限于下式所列：

上述各单元的结构式中，R为碳原子数为4-30的直链烷烃或支链烷烃。