[发明专利]一类侧链功能化的共轭聚合物给体与添加剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一类侧链功能化的共轭聚合物给体与添加剂及其制备方法与应用。该共轭聚合物添加剂的侧链含有极性芳香基团，可以提升材料的表面能，从而改善给体和受体的相容性；其用于本体异质结太阳电池活性层添加剂时，高偶极矩侧链可以在给体和受体的界面处引入界面偶极，促进激子解离，减弱电荷复合；其最高占据分子轨道（HOMO）能级处于给体的HOMO能级和受体的HOMO能级之间，且最低空置分子轨道（LUMO）能级处于给体LUMO能级和受体的LUMO能级之间，可以促进电荷在给体与受体间转移；其通过与给体和受体均产生一定相互作用来调节给体相和受体相的聚集，优化给体和受体的相分离，改善活性层的形貌。

技术领域

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一类侧链功能化的共轭聚合物给体与添加剂及其制备方法与应用。

背景技术

有机太阳电池材料及器件由于材料易得、柔性、加工过程简单、成本低廉以及可采用溶液法制备大面积器件等优点，因而具有巨大的商业开发和应用前景。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较高而成为近年来该领域的研究热点。

目前本体异质结聚合物太阳电池主要立足于窄带隙聚合物给体材料以及富勒烯类小分子受体材料(PCBM)，利用窄带隙材料较宽的太阳光谱吸收，可以在长波段弥补PCBM吸收的不足，形成互补吸收，从而更大程度利用太阳光。然而窄带隙材料由于HOMO能级较高，不利于获得更高的器件开路电压；而宽带隙材料却具有较低的HOMO能级，因而基于宽带隙材料的器件一般开路电压较高。宽带隙材料虽然吸收较窄，但若用于三元共混或串联太阳电池却可以与窄带隙材料互补，实现可见光的全范围吸收。另外，由于PCBM吸收较弱、容易聚集等局限性，就长远来看，其可能会被吸收较宽、成本较低且更加稳定的线型小分子受体代替；而这类小分子受体的吸收一般与宽带隙材料更加互补，所以宽带隙材料在有机太阳电池中具有很大的潜力。

目前比较高效的宽带隙材料以苯并三唑类聚合物为主，目前已实现超过7％的光电转换效率。然而这类材料由于分子结构以及表面能等因素影响使其与PCBM的相容性较差，从而导致活性层共混膜形貌不佳。而传统的形貌优化方法一般以采用溶剂添加剂为主，例如添加1,8-二碘辛烷(DIO)。DIO的高沸点性质极易使其残留而影响器件光伏性能；另外DIO的普适性较差，对于具有相同苯并三唑主链的材料，侧链烷基链的差异就会导致其所产生的效果完全不同，有时甚至会导致器件光伏性能大幅下降。

发明内容

本发明的目的在于克服目前溶剂添加剂方法对于电池器件活性层共混膜形貌调节的不足，提供一类侧链功能化的共轭聚合物给体与添加剂及其制备方法与应用，该共轭聚合物添加剂是侧链端基为极性芳香基团的苯并三唑类的“给体-受体”型共轭聚合物添加剂(PBTA-FPh，PBTA-Py)，侧链功能化的共轭聚合物给体是一种具有侧链的苯并二噻吩和苯并三唑类聚合物给体(PBTA-BO)。

一类侧链功能化的共轭聚合物添加剂，该共轭聚合物添加剂的结构如下：

其中，D为电子给体单元；Ar为芳香基团；电子给体D与苯并三唑单元以共轭方式连接；n为所述共轭聚合物的聚合度，范围为1-30。

进一步地，所述D为噻吩、连噻吩、并噻吩、苯、芴、咔唑、吲哚咔唑、硅芴、二噻吩并环戊二烯、二噻吩并噻咯、二噻吩并锗、二噻吩并硒、苯并二噻吩、萘并二噻吩、苯并双并噻吩、引达省并二噻吩及以上所有结构的衍生物的一种以上。

所述Ar具有但不限于如下化学结构的一种：

其中，R为1-12个碳原子数的烷基。

以上所述的一类侧链功能化的共轭聚合物添加剂的制备方法，具体制备步骤如下：