[发明专利]含S,S-二氧-二苯并噻吩单元的电子给体聚合物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及含S,S-二氧-二苯并噻吩单元的电子给体聚合物及其应用，属于光电材料技术领域。

背景技术

有机太阳电池作为一类新型的能源器件，由于生产工艺简单，制造成本低，易制备大面积柔性电池而得到了广泛关注。其中，基于本体异质结结构的有机太阳电池由于光电转换效率高而成为近年来该领域的研究热点。本体异质结有机太阳电池的结构特点在于电池器件的活性层制备是通过给体与受体材料进行共混，使给体与受体材料容易形成双联通沟道，增加给体和受体的接触面积以及相分离的程度，从而提高器件的光电转换效率。

目前，有机太阳电池单活性层器件的效率已经接近10％，但由于单活性层器件的短路电流和开路电压存在着一定的局限性，通过单活性层器件进一步提高效率，有一定的困难。Yang等[Nat.Commun.2013,4,doi:10.1038/ncomms2411]通过两个或多个活性层进行串联的方法，制备叠层器件，能大大提高器件效率。从活性层材料的角度上考虑，需要每个活性层材料能够实现吸收光谱的互补，从而使整个器件的光吸收尽量覆盖太阳光发射范围，降低光子能量损失，同时提高器件的开路电压，实现光电转换效率的提高。因此，高效的中等带隙和窄带隙聚合物太阳电池给体材料的开发显得尤为重要。

S,S-二氧-二苯并噻吩单元是一类具有刚性平面结构、宽带隙和强电负性的共轭基团，由于其荧光性好，已被广泛应用到有发光材料领域中。S,S-二氧-二苯并噻吩单元与强供电子基团进行共聚，由于供电子单元与S,S-二氧-二苯并噻吩单元间形成分子内能量转移作用，能有效地降低聚合物能带隙，得到中等带隙的聚合物给体材料。基于S,S-二氧-二苯并噻吩单元的平面性好和电负性高等特点，使合成的中等(窄)带隙聚合物太阳电池给体材料的光电性能得到有效的调节，在有机太阳电池器件中显示出优越的性能和广阔的应用前景。同时，含S,S-二氧-二苯并噻吩单元的电子给体聚合物具有较高的空穴迁移率，在有机场效应管器件具有一定的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于针对目前电子给体聚合物材料开发的不足，提供含S,S-二氧-二苯并噻吩单元的新型电子给体聚合物的制备方法和一种有效调节电子给体聚合物的能带隙和光电子性能的实施方案。

本发明的目的还在于提供所述的含S,S-二氧-二苯并噻吩单元的电子给体聚合物在制备有机太阳电池或有机场效应晶体管中的应用。

本发明所述的含S,S-二氧-二苯并噻吩单元的电子给体聚合物，具有如下化学结式：

其中：x、y为摩尔分数，0<x≤1，0≤y<1，x+y＝1；聚合度n：1～300；R为H、F、烷氧基或末端含极性基团(包括胺基、磷酸酯基或氰基)的烷氧基链；D单元具有如下化学结构中的一种以上：

其中，X₁、X₂为N、O、S或Se，X₃为H或F，R₃、R₄为氢、氟或1～30个碳原子数的烷氧基链，R₅为1～30个碳原子数的烷基链或烷苯基链。

含S,S-二氧-二苯并噻吩单元的电子给体聚合物应用于有机太阳电池或有机场效应管器件中。

与已有技术相比，本发明具有以下优点：

1)S,S-二氧-二苯并噻吩单体的合成、纯化容易，原料价格低廉，有利于规模制备生产；

2)含S,S-二氧-二苯并噻吩单元的电子给体聚合物在常用有机溶剂(如氯仿、氯苯和邻二氯苯等)中有较好的溶解性、热稳定性、较深的HOMO能级及较高的空穴迁移率，高吸光系数及较高的光电响应等，应用在有机太阳电池器件具有较高的光电转换效率，应用在有机场效应管晶体管中具有良好的电场响应性能。

附图说明

图1为聚合物的热失重分析曲线图；

图2为聚合物薄膜单位厚度的吸收光谱图；

图3为聚合物电化学曲线的氧化过程图；

图4为聚合物太阳电池的电流-电压曲线；

图5为PBDT-DTOBT:PC₇₁BM(a,b)和PBDT-SO-DTOBT:PC₇₁BM(c,d)薄膜的AFM图；

图6为基于聚合物PIDT-FSO和PIDT-DHTSO的有机场效应晶体管的输出(a,c)和转移(b,d)特征曲线。

具体实施方式