[发明专利]含二苯并噻吩亚砜单元的聚合物给体材料及其制备

说明书

本发明公开一种含二苯并噻吩亚砜单元的聚合物太阳能电池给体材料及其制备方法。所述聚合物给体材料的分子主链中含中等吸电子能力的二苯并噻吩亚砜单元，与强给电子或强吸电子单元通过Stille聚合制备新型中宽带隙给体材料。该类聚合物具有优异的抗氧化性、较低的HOMO能级、可调的吸收光谱、摩尔消光系数高和溶解性好等特点，在有机太阳能电池、荧光传感器和生物检测领域有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及一种应用于有机太阳能电池光敏活性层中的共轭聚合物给体材料，具体涉及一种含二苯并噻吩亚砜单元的共轭聚合物给体材料及其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池(OPV)因质轻、价廉、柔性和可大面积印刷等优点，成为光伏领域的研究热点。其中光敏活性层材料是将太阳光转化为电能的主体材料，是决定OPV性能的关键因素，通常由给体材料和受体材料组成。在OPV发展历程中，富勒烯衍生物作为受体材料长期占据着统治地位。2015年北京大学占肖卫教授首次报道了稠环类非富勒烯小分子受体ITIC，此后基于稠环类非富勒烯型有机太阳能电池(NF-OPV)的光电转化效率大幅度提升，其光伏效率已超过13％，实现了对富勒烯型OPV的赶超。

稠环类非富勒烯受体(NF)与富勒烯衍生物不同之处在于具有各向异性的共轭骨架、与共轭聚合物给体材料类似的化学结构和较窄的带隙，因而，原先与富勒烯受体共混可以获得优良光电特性的给体材料在NF体系中表现出不适用性。研究表明，中宽带隙给体材料不仅可以与稠环类非富勒烯受体形成互补的吸收光谱，还因其较低的最高占领分子轨道能级(HOMO)，在器件中表现出较高的开路电压(V_oc)。因此，设计中宽带隙给体材料对推进NF-OPV发展具有至关重要的作用。

Barbarella^[1]等人研究发现对噻吩硫原子进行氧化可有效降低噻吩基团的HOMO和LUMO(最低未占分子轨道)，使噻吩从具有较高HOMO能级的富电子宽带隙p型半导体向缺电子n型半导体转变。华南理工杨伟等^[2-3]以S,S-二氧-二苯并噻吩为受体单元，IDT为给电子基团，经Stille偶联聚合得到带隙为2.2eV的聚合物给体PIDT-DHTSO，其HOMO和LUMO能级分别为-5.33、-3.13eV，空穴迁移率是2.3×10^-4cm²/Vs，与富勒烯PC₇₁BM共混制备的器件PCE达3.8％，优于同类型不含砜基团的聚合物，是一类理想的宽带隙给体材料。但他们没有研究其与NF受体共混制备器件的性能。

相对于S,S-二氧-二苯并噻吩，二苯并噻吩亚砜由于-SO基团的非平面性，具有更好的溶解性^[4]。亚砜基团的强极性可以增强分子间的π-π和偶极作用，优化分子的结晶性能，改善光活性层形貌。作为弱受体单元，二苯并噻吩亚砜可与强给体基团或强受体基团共聚，在共轭主链上形成较强的分子内推拉作用。同时，由于噻吩两边苯基的稠合作用，二苯并噻吩亚砜的稳定性可以得到保证。另外，二苯并噻吩大量存在于汽油中，是来源广泛的石油化工产品。因此，开发基于二苯并噻吩亚砜单元的中宽带给体材料，在NF-OSC器件中具有广阔的应用前景。

附：参考文献

[1]Barbarella G,Favaretto L,Sotgiu G,et al.Modified oligothiopheneswith High photo-and electroluminescence efficiencies[J].Advanced Materials,1999,11(16):1375-1379.

[2]He R,Xu J,Yang Y,et al.Dibenzothiophene-S,S-dioxide based medium-band-gap polymers for efficient bulk heterojunction solar cells[J].OrganicElectronics,2014,15(11):2950-2958.