[发明专利]一种含砜基的新型共轭聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种含砜基的新型共轭聚合物及其制备方法和在有机光电领域的应用。

背景技术

随着经济的不断发展，能源环境问题越来越尖锐。如何缓解和改善现状得到了社会各界的广泛关注。太阳能作为新型绿色能源，具有储量高，取之不尽，用之不竭的显著优势，因此对于太阳能的利用成为研究热点。聚合物太阳能电池以其质量轻，可通过旋涂，印刷得到大面积器件，可柔性等优点受到研究人员的青睐。相对于无机太阳能电池，聚合物太阳电池这种新型全固态薄膜电池具有非常强的互补性。其显著优势预示着在未来光伏领域，尤其是便携式能源器件方面的广阔市场。目前，通过材料性能的提高，器件结构的优化发展，聚合物太阳能电池的能量转化效率达到了10.6％[You J,Dou L,Yoshimura K,et al.A polymer tandem solar cell with 10.6％power conversion efficiency[J].Nature communications,2013,4:1446.]。其中，发展高效率电池的关键在于探索合成高性能活性层材料(电极、封装材料已相当成熟，电池结构优化与制备技术还有待提高)。因此，获得高性能的材料依然是本领域最重要的研究方向。

2008年，侯剑辉等在国际上率先报道了平面性，对称性以及稳定性较好的benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-4,8-dione，即苯并二噻吩(BDT)单元。近年来，国内侯剑辉课题组和国际上Yang Yang等课题组对以BDT作为主体单元的材料进行了系统性研究。2009年报道的与氟代噻吩并噻吩单元的共聚材料达到7.8％的能量效率[Chen H Y,Hou J,Zhang S,et al.Polymer solar cells with enhanced open-circuit voltage and efficiency[J].Nature Photonics,2009,3(11):649-653.]，成为当时世界最高效率。这表明BDT单元是光伏材料中极具潜力的给体构筑单元。2012年，黄晔等将砜基引入噻吩并噻吩受体单元，BDT上二维的共轭结构和砜基的强拉电子效应，使效率进一步提升至7.81％[Huang Y,Guo X,Liu F,et al.Improving the Ordering and Photovoltaic Properties by Extending pi-Conjugated Area of Electron-Donating Units in Polymers with D-A Structure[J].Advanced Materials,2012,24(25):3383-3389.]。前人的工作无不体现了探索有效提高光伏器件开路电压的方法的重要性。因此，如何进一步优化材料性能，使其更加成功的应用到多种高效光电器件中仍是有待研究的非常重要的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的含砜基的共轭聚合物，所述聚合物具有显著降低的HOMO能级及提高的开路电压，性能优异，特别适用于有机光电领域，尤其是多种高效光电器件。

本发明的另一个目的在于提供一种上述共轭聚合物的制备方法，即通过聚合后氧化法制备所述的含砜基的共轭聚合物。

本发明的再一个目的在于提供一种上述共轭聚合物在有机光电领域的应用。

一种如式(I)所示的聚合物结构，其特征在于：

其中，

R₁选自碳原子数为4到20的直链或支链烷基；

G(连接在苯并二噻吩单元上的基团)选自亚苯环、亚萘环或至少含有一个选自氧，硫或硒杂原子的单环亚杂芳环；

Ar选自取代或未取代的共轭单元；

n代表聚合物的重复单元个数，其为5-1000之间的自然数。

根据本发明，优选地，G选自亚苯环时，砜基处于所述亚苯环的对位；G选自亚萘环时，砜基处于所述亚萘环的4或5位；G为一个杂原子的亚杂芳环时，砜基处于所述亚杂芳环的5位；G为至少两个杂原子的亚杂芳环时，砜基处于所述亚杂芳环中分子量较大杂原子的5位。

在一些具体实例中，Ar选自取代或未取代的亚乙烯基，亚乙炔基，单环、双环或至少三个环的亚芳基，单环、双环或至少三个环的亚杂芳基，或上述基团中的两到五个(优选两到三个)稠合或连接。