[发明专利]一种含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物活性层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含有烷硫基噻吩‑氟代苯并噻二唑的聚合物活性层材料及其制备方法。该聚合物活性层材料属于D‑A型结构，具有热稳定，原料普通易得，可溶液加工，生产成本较低的特点。这类聚合物活性层材料用于制备聚合物太阳能电池，在优化器件的条件下可获得能量转换效率为4.4～7.5％的有益效果，具有一定的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及用于聚合物太阳能电池的聚合物活性层材料及其制备方法，具体涉及一种含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物活性层材料及其制备方法。

背景技术

传统能源的消耗且伴随着严重的环境和生态问题，因此亟需研究和开发新型能源来进行缓解。近年来，由于聚合物太阳能(Polymer Solar cells,PSCs)具有制造低成本、轻质、柔性，以及可通过高通量印刷便捷太阳能电池板的潜力，因而备受人们关注。然而，为了实现应用的目标，新型活性层材料的发展对提高器件性能起到了重要的作用。

硫原子的给电子能力虽然比氧原子弱，由于pπ(C)-dπ(S)轨道的重叠，π电子能够从碳碳双键的p轨道进入到二价硫原子的空3d轨道，因此硫原子具有一定的接受π电子的能力。这使得烷硫基侧链在调节聚合物的光电性能起着重要的作用。其中，基于噻吩烷硫基取代的苯并噻二唑-四连噻吩交替共轭聚合物取得了7.76％的光电转换效率(Org.Electron.,2017,40,36-41)。

氟原子本身尺寸小，范德华半径为，引入聚合物骨架后，这使得聚合物骨架有一个更好的平面性，从而促进电荷有效的传输。另外，与其他原子相比较，氟原子的Pauling电负性为4.0，是所有元素中电负性最强的。这表明氟原子能够有效的降低共轭系统的电子云密度。从而，使得最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)更加稳定，能够在不增加聚合物链的位阻的情况下，提高开路电压(Voc)。再者，氟原子高的电负性通常能够改变共轭聚合物的偶极矩，在聚合物链间产生很强的分子间相互作用力。进而影响纳米形貌的形成，如聚合物高分子的结晶或取向，这些与聚合物太阳能电池(PSC)的电荷传输和复合密切相关。

本发明通过在苯并噻二唑体系中引入烷基硫噻吩，并通过调节氟原子的个数，设计合成了一类含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物给体材料，在富勒烯为受体材料的本体异质结太阳能电池中，取得了较好的光电转换效率，具有良好的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物活性层材料及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一种含有烷硫基噻吩-氟代苯并噻二唑的聚合物活性层材料，具有以下通式(I)：

式(I)中，R是C6-C24直链或支链烷基，E的结构式如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，X是H或F，Y是H或F，G的结构式如式(Ⅲ)中的任一结构所示：