[发明专利]基于5, 6-双氟苯并噻二唑单元的齐聚物光伏供体材料的制备及应用

说明书

本发明涉及一类基于基于5,6‑双氟苯并噻二唑单元，具有A'(D‑A)₂DA'构架的齐聚物光伏供体材料的制备及应用。其中推电子(D)单元为噻吩，并噻吩和苯并二噻吩及其衍生物，受电子(A)单元为5,6‑双氟苯并噻二唑及其衍生物，受电子(A')单元为氰基罗丹宁和氰基茚二酮及其衍生物。这类齐聚物具有良好的成膜性，较高的吸光系数，吸光范围宽和合适的能级。与A'‑D‑A‑D‑A'型小分子光伏材料的太阳能电池相比，这类A'(D‑A)₂DA'型齐聚物的太阳能电池显示了更好的光伏性能，器件的能量转换效率提高了近20%。

技术领域

本发明涉及有机光伏材料领域，具体涉及一类A'(D-A)₂DA'型齐聚物供体材料的合成及应用。

背景技术

在能源日益消耗的今天，有机太阳能电池（OSCs）作为一种清洁的能源转化方法而备受青睐。它具有成本低、重量轻、来源广及分子结构容易调整、可实现大面积柔性器件制备等优点，受到全球科研工作者的广泛关注^[1]。经过三十年的不懈努力，当前OSCs的光电转换效率（PCE）在单层器件中已突破13%^[2-5]，叠层器件的效率已经超过17%^[6]。

在有机太阳能电池的活性层给体材料方面，齐聚物(Oligomer Materials, OMs)光伏材料由于具有聚合物的优良成膜性能，及有机小分子的高电荷迁移能力、确定的分子结构、批次重现性好等优点，近年已成为有机太阳能电池的一个新的研究热点。Bazan课题组^[7-8]较早报道了具有优异成膜和结晶性能的、含氟取代苯并噻二唑和二噻吩并硅杂环戊二烯结构单元的齐聚物光伏材料，它们表现了较低电化学帶隙(1.33～1.55 eV)；之后，魏志祥课题组^[9]报道了一种基于二维苯并二噻吩和双氟取代苯并噻二唑的齐聚物光伏材料O-PBDTdFBT，其空穴迁移率为7.0 × 10⁻⁴ cm²V⁻¹s⁻¹，高于相应聚合物的空穴迁移率。但是，目前基于D-A嵌段单元的齐聚物光伏材料的文献报道较少，且基于D-A嵌段单元的齐聚物光伏材料的分子结构与光伏性能的关系尚未清晰。本发明旨在构建具有A'(D-A)_nDA'分子构架的齐聚物光伏供体材料，通过分子内的多元D-A作用，拓宽材料的吸收光谱；通过末端的双元吸电子单元，调节材料的材料的分子能级和载流子传输性能，从而改善材料的光伏性能，获得高效的齐聚物光伏供体材料。

附：主要参考文献

[1]Deng D, Zhang Y, Zhang J, et al. Fluorination-enabled optimalmorphology leads to over 11% efficiency for inverted small-molecule organicsolar cells [J].Nat Commun, 2016, 7, 13740

[2]Zhao W, Li S, Yao H, et al. Molecular otimization enables over 13%efficiency in organic solar cells [J]. Journal of the American Chemical Society, 2017, 139(21): 7148-7151