[发明专利]一种高分子电子受体材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开一种有机高分子电子受体材料及其制备方法和应用。该受体材料特点如下：(1)利用电子给体组分与电子受体组分交替偶联形成D‑A聚合物，降低化合物带隙，降低化合物的LUMO能级从而有利于电子的传输；(2)与传统D‑A高分子不同的是本申请中，D‑A组分通过分子内成环反应构筑了一个纵横整个高分子主链的共轭平面，极大地提高了分子平面性，有利于电子在高分子内部和链间的传输；(3)将氮原子引入高分子主链中，氮原子的孤对电子参与共轭可以进一步降低高分子整体带隙，使得聚合物吸收达到近红外区，拓宽受体材料的吸收从而增大光电流。该受体材料易于成膜便于制备，可以提高器件的光热以及形貌稳定性，可以广泛应用于有机太阳能电池领域。

技术领域

本申请涉及有机太阳能电池领域，尤其涉及有机太阳能电池电子受体材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源与可持续发展问题是需要全人类共同面对的热门话题，传统的化石能源蕴藏量有限且在使用过程中产生大量污染物质。在已知的清洁能源中，太阳能具有取之不竭用之不尽的特点，同时作为一种清洁能源对环境几乎没有污染。与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池因为一系列优势，引起了科研领域的兴趣和重视。

有机太阳能电池材料主要分为电子给体材料和电子受体材料，随着人们研究的深入，越来越多的优秀小分子受体材料被开发出来，而高分子受体材料的成功案例则很少。与小分子受体材料相比，高分子受体材料具有更好的成膜性能，更强的分子间作用以及更突出的光热稳定性。因此，开发高性能的新型有机高分子材料成为新的热点。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供有机高分子电子受体材料及其制备方法和应用，旨在解决现有的小分子电子受体材料光热稳定性低以及薄膜形貌易改变的问题。

本申请的技术方案如下：

提供一种有机高分子电子受体材料，其中，其分子结构式如下：

式I

式II

其中，R₁，R₂为C₁-C₂₀的烷基链，可以为直链也可以为叉链。

Ar为给电子基团，与母核形成稠环结构，增强分子内电荷转移效应和分子平面性，其可为以下基团的任意一种(虚线为基团的连接位置)：

其中，R₃，R₄为氢原子、烷基链、烷氧基链、烯基、炔基、芳基或者酯基中的任意一种。

EG为染料分子基团，具有很强的吸光性和吸电子能力，可提高分子的光吸收性能，其可为以下基团的任意一种(虚线为基团的连接位置)：

其中，R₅为氢原子、卤素、烷基链、烷氧基链、烯基、炔基、芳基或者酯基中的任意一种。

本申请还提供一种有机高分子电子受体材料的制备方法，其中，式I的合成，包括步骤：

A、5,6-二硝基-4,7-二溴苯并噻二唑和化合物1在催化剂催化下偶联生成聚合物固体2；

B、聚合物2与还原性试剂反应关环得到稠环产物3；

C、聚合物3在碱性条件下与卤代烃R₁X通过碳氮偶联得到式I所示的聚合物。

本发明还提供一种有机高分子电子受体材料的制备方法，其中，式II的合成，包括步骤：