[发明专利]一种基于分子内电荷转移型无规共聚物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种基于分子内电荷转移型无规共聚物及其制备方法和应用，本发明提供的无规共聚物为具有式(I)结构的无规共聚物或具有式(II)结构的无规共聚物，通过实验发现，本发明提供的无规共聚物作为光电转化器件的活性层，能够提高器件的光电转换效率，其能量转换效率可高达13.31％。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种基于分子内电荷转移型无规共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，在目前的能源结构中，化石能源日益枯竭、环境污染日渐严重，如何把太阳能高效地转化为电能是21世纪所面临的重要课题之一。近年来，国内外大量科学家团队对于有机共轭半导体聚合物的研究逐年增长，一个特别重要的性质是光生伏打效应，它对于有机光伏器件(OPV)的发展带来了曙光。通过科学家们的努力，溶液加工技术 (如旋转铸模、浸渍涂覆、喷墨印刷等)被用来制备有机光伏电池。与用于制造无机薄膜器件的蒸发技术相比，溶液加工可以更廉价且更大规模地进行。而且，有机光伏器件因其具有重量轻、成本低以及可以制成柔性大面积器件等突出优点，成为太阳能电池的研究热点^[1]。目前，基于聚合物的光伏电池已超过17％的光电转化效率^[2]，由此可见，有机太阳能电池的商业化应用潜力巨大。

然而，有机光伏器件仍有一定问题亟待解决，如与单晶硅、无机杂化太阳能电池相比，能量转换效率有待提升，主要因素是电池的光谱响应范围与太阳光地面辐射光谱不匹配、载流子的迁移率不高以及电极对其收集效率低等。而作为聚合物太阳能电池的主要组成部分，光活性层材料的改进、尤其是共轭聚合物材料的结构设计是聚合物太阳能电池研究的一个重点^[3]。

高效有机聚合物光伏材料发展至今，不难发现高效率的聚合物给体材料绝大部分都是给体-受体型(D-A)交替共聚物^[4]。目前公开的交替共聚物如：苯 [1，2-c：4，5-c’]并二噻吩-4，8-二酮以独特的平面型吸电子结构^[6]，带来了合适的能级以及较好的自组装效应，是如今在给体聚合物材料中最优异的缺电子单元之一，也是今后的给体材料中都难以舍弃的部分。但是，目前公开的光伏材料应用于太阳能电池的能量转化效率仍然不是很高，因此，开发更多的能够提高太阳能电池的能量转化效率的高分子聚合物具有重要意义。

附：主要参考文献

[1]G.Zhang，J.Zhao，P.C.Y.Chow，K.Jiang，J.Zhang，Z.Zhu，J.Zhang，F. Huang，H.Yan，Chem.Rev.118(2018)3447-3507.

[2]L.Meng，Y.Zhang，X.Wan1，C.Li，X.Zhang，Y.Wang，X.Ke，Z.Xiao，L. Ding，R.Xia，H.-L.Yip，Y.Cao，Y.Chen，Science 361(2018)1094-1098.

[3]L.Lu，T.Zheng，Q.Wu，A.M.Schneider，D.Zhao，L.Yu，Chem.Rev.115 (2015)12666-12731.

[4]H.Fu，Z.Wang，Y.Sun，Angew.Chem.Iht.Ed.(2018).

[5]Y.Cui，H.Yao，L.Hong，T.Zhang，Y.Xu，K.Xian，B.Gao，J.Qin，J. Zhang，Z.Wei，J.Hou，Adv.Mater.31(2019)e1808356.

[6]Y.Ie，J.Huang，Y.Uetani，M.Karakawa，Y.Aso，Macromolecules 45(2012)4564-4571

发明内容