[发明专利]一种含引达省四酮的共轭聚合物及其在有机电子器件中的应用

说明书

本发明公开一种含引达省四酮的共轭聚合物及其在有机电子器件中的应用。所述含引达省四酮的共轭聚合物，具有如下所示的结构：其中，n为1‑100间的整数，A₁、A₂为相同或不同的共轭单元，C为共轭单元。引达省四酮具有四个吸电子性的羰基，能够增强聚合物主链的电负性，起到传输电子的作用。此外，羰基减少了电子在整个共轭主链的离域性，能够实现中宽带隙光学吸收的目的。以引达省四酮为缺电子单元的共轭聚合物能够在有机电子器件领域(包括聚合物太阳能电池、n型场效应晶体管、钙钛矿太阳能电池、有机热电器件及有机光探测器)得到应用。

技术领域

本发明涉及聚合物材料领域，尤其涉及一种含引达省四酮的共轭聚合物及其在有机电子器件中的应用。

背景技术

近年来，通过低成本的技术手段使用清洁能源引起越来越多的关注，有机太阳能电池(OSCs)因其制备简易、柔性以及可大规模加工的优势应运而生。相比于无机硅太阳能电池，有机太阳能电池材料来源广泛、种类丰富，光电性能易于调控，其溶液加工性可助力实现低成本、大规模地制备柔性大面积器件，在应用场景方面与无机半导体太阳能电池形成优势互补，因而展现出巨大的商业开发价值和市场竞争力。

自2015年以来，有机太阳能电池取到了迅猛的发展，器件的最高光伏效率近来已达到17-18％(Sci.Bull.2020,65,272；Natl.Sci.Rev.2020,7,1239)。这主要得益于新型的非富勒烯受体出现打破了富勒烯受体长期统治有机光伏领域的瓶颈。非富勒烯受体由于可见-近红外区域宽吸收光谱、电子能级易于调节以及合成成本便宜等优势为有机太阳能电池技术赋予了更多可能性。作为一支重要的OSCs，由聚合物给体和聚合物受体共混作为活性层的全聚合物太阳能电池具有更优异的机械性能、光/热稳定性以及更好的成膜性，由此，也引起了科学家们的广泛关注。

尽管目前国内外多个课题组已经实现了高性能的全聚合物太阳能电池，但相对于小分子非富勒烯太阳能电池以及极具竞争力的钙钛矿太阳能电池技术、CIGS和CdTe太阳能电池等仍然落后(Adv.Mater.2020,32,2005942；Nano Energy 2020,72,104718；J.Am.Chem.Soc.2021,143,2665.)。目前存在的主要问题之一在于，高效聚合物受体材料较为匮乏，光电性能较为单一，限制了全聚合物太阳能电池多样化的发展。典型地，为了实现更高的光电流和光伏效率，高效的窄带隙聚合物受体，如芳香酰亚胺类聚合物受体(如N2200，Energy Environ.Sci.,2017,10,1243)和可聚合小分子受体聚合物(Angew.Chem.Int.Ed.,2017,56,13503.)等应用而生并得到快速发展。但是诸如中宽带隙的聚合物受体材料较少，仅有B-N类聚合物受体(CN105542131A、CN110229316A)稍微突出，但性能仍然有很大提升空间。作为聚合物受体的重要一方面，发展中宽带隙受体材料并以此制备高开路电压的高效电池器件，对于制备更高性能的三元器件和叠层器件以及室内弱光环境下的光伏应用具有重要意义。

高性能的聚合物受体材料离不开缺电子受体结构单元的设计和应用。如刘俊等通过硼化学桥联芳环设计新型B-N类受体，使器件效率从0.085％提升至超过10％(Chem.Mater.2020,32,3,1308.)。郭旭岗等将应用于场效应晶体管的缺电子单元二氰基苯并噻二唑构筑聚合物受体材料，也制备了相对高效的光伏器件，开拓了高效受体材料的新类型(Adv.Mater.2019,31,1905161.)。本发明涉及的聚合物受体材料是含有引达省四酮的中等带隙共轭聚合物。当前文献中引达省四酮单元应用于有机多孔聚合物(CN 112574407A、CN 112574395 A、CN 109265657 A等)、制备光伏给/受体小分子(Adv.Funct.Mater.2014,24,4645-4653；Thin Solid Films 2015,583,34-39；WO 2011/105624 Al.)、非线性光学材料(Proceedings of SPIE 2013,8827.)，但是用来制备共轭聚合物并将其应用于有机电子器件领域尚未见报道。

发明内容