本發(fā)明涉及分子主鏈中包含苯并二砜吩基團(tuán)的聚合物或小分子材料，能夠用于有機(jī)太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

有機(jī)太陽能電池因其質(zhì)輕、價廉和易柔性大面積制備等優(yōu)點成為光伏領(lǐng)域的研究熱點，其中光敏活性層材料是吸收太陽光轉(zhuǎn)換為電能的主體材料，其特性直接決定了電池器件的性能。

但是，目前有機(jī)太陽能電池仍然存在吸收光譜窄、載流子遷移率低、效率較低和穩(wěn)定性較差等問題，需要發(fā)展新的高性能給體材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種分子主鏈中包含苯并二砜吩基團(tuán)的聚合物或小分子材料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下化學(xué)結(jié)構(gòu)式(1)-(8)中的一種：

以上結(jié)構(gòu)式(1)-(8)中，每個結(jié)構(gòu)式彼此獨立，每個結(jié)構(gòu)式中的n代表聚合度，優(yōu)選為1至30000中的自然數(shù)；

以上結(jié)構(gòu)式(1)-(8)中，每個結(jié)構(gòu)式中的R彼此獨立，分別選自以下基團(tuán)中的任意一種：

以上結(jié)構(gòu)式(1)-(8)中，每個結(jié)構(gòu)式中的R₁彼此獨立，分別選自以下基團(tuán)中的任意一種：

本發(fā)明還提供了一種制備上述分子主鏈中包含苯并二砜吩基團(tuán)的聚合物或小分子材料的方法，具體如下：

(1)苯并二砜吩基受體單元的合成

如下述合成路線，在化合物A和二氯甲烷中加入氯過氧苯甲酸(mCPBA)，室溫攪拌，發(fā)生氧化反應(yīng)，得到苯并二砜吩基受體單元B；

作為優(yōu)選，反應(yīng)結(jié)束后采用硅膠柱分離產(chǎn)物。

(2)將其他化合物與苯并二砜吩基受體單元B在氮氣保護(hù)下，加入催化劑發(fā)生聚合反應(yīng)，使苯并二砜吩基團(tuán)連接在分子主鏈中，得到聚合物；或者，將其他化合物與苯并二砜吩基受體單元B在氮氣以及催化劑存在條件下發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，使苯并二砜吩基團(tuán)連接在分子主鏈中，得到小分子材料。

作為優(yōu)選，所述催化劑為三(二亞芐基丙酮)二鈀，配體為三苯基膦。

本發(fā)明提供的聚合物或小分子材料中包含苯并二砜吩基團(tuán)，具有強(qiáng)吸電子能力的砜基，與其他具有給電子特性的基團(tuán)連接可以構(gòu)成給體材料，具有優(yōu)異的電荷傳輸性能，能夠拓寬材料在可見光區(qū)的吸收。而這些性能正是作為有機(jī)太陽能電池的給體材料所需要的，因此作為有機(jī)太陽能電池的給體材料時具有高的電荷傳輸速率和寬的吸收光譜等優(yōu)點，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的聚合物或小分子材料中包含苯并二砜吩基團(tuán)可作為有機(jī)太陽能電池的給體材料，該有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括基底陽極1、位于基底表面的陽極修飾層2、位于陽極修飾層表面的給體材料與受體材料的混合活性層3，位于混合活性層表面的陰極修飾層4，以及陰極5。其中給體材料用于吸光，將太陽光轉(zhuǎn)換為電能，其材料選用本發(fā)明的分子主鏈中包含苯并二砜基團(tuán)的聚合物或小分子材料。受體材料用于傳輸電子，可以是富勒烯衍生物受體材料或非富勒烯有機(jī)小分子材料等。陽極用于傳輸空穴，主要為氧化銦錫導(dǎo)電玻璃。陰極用于傳輸電子，主要為鋁電極。陽極修飾層用于傳輸空穴，減少傳輸?shù)哪芰繐p失和提高界面歐姆接觸，主要為PEDOT:PSS。陰極修飾層用于傳輸電子，減少傳輸?shù)哪芰繐p失和提高界面歐姆接觸，主要為鈣或鎂等。

(2)本發(fā)明中可以選擇不同的側(cè)鏈基團(tuán)和主鏈單元，以提高分子的共平面性，增強(qiáng)給體材料的摩爾吸收系數(shù)，增加材料的載流子遷移率，從而提高電池器件的效率。

(3)本發(fā)明提供的制備方法簡單易行，操作溫和，原料廉價，易于純化，利于大規(guī)模制備。

附圖說明

圖1是太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，其中本發(fā)明提供的包含苯并二砜吩基團(tuán)的聚合物或小分子材料作為給體材料。

圖2是本發(fā)明實施例1中制得的苯并二砜吩基受體單元的質(zhì)譜。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。

圖1中的附圖標(biāo)記為：1-基底陽極，2-陽極修飾層，3-給體材料與受體材料的混合活性層，4-陰極修飾層，5-陰極。

實施例1：

本實施例中，聚合物結(jié)構(gòu)式如下：

該聚合物的制備包括如下步驟：

(1)苯并二砜吩基受體單元的合成

在圓口燒瓶中加入0.3g化合物1，0.3g間氯過氧苯甲酸(mCPBA)和20mL二氯甲烷，室溫攪拌反應(yīng)24小時。反應(yīng)結(jié)束后，旋干后過硅膠柱得到黃色產(chǎn)物3，質(zhì)量為0.19g，產(chǎn)率為57％。

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):δ7.44(d,2H),6.73(d,2H),4.45(t,4H),2.0-1.81(m,4H),1.55-1.45(m,4H),1.39-1.33(m,8H),0.89(t,6H)。計算的分子量為C₂₆H₃₆Br₂O₆S₂,666.03，實際質(zhì)譜如圖2所示。

(2)聚合物給體材料的制備

在三頸瓶中加入0.1g化合物4、0.074g化合物3和10mL甲苯，置換三次氮氣，加入4mg催化劑三(二亞芐基丙酮)二鈀和4.63mg三苯基膦，再置換三次氮氣，在回流下反應(yīng)24小時。反應(yīng)結(jié)束后出產(chǎn)物進(jìn)行索氏提取，分別使用甲醇、丙酮和正己烷作溶劑，最后用甲苯得到65mg聚合產(chǎn)物5，產(chǎn)率35％。

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):δ7.6(d,2H),7.2(d,2H),6.8(d,2H),6.6(d,2H),4.1-3.8(m,4H),2.6-2.4(m,4H),1.96-1.86(m,4H),1.35-1.25(m,32H),1-0.95(m,24H).

上述制得的聚合物可用于有機(jī)太陽能電池中作為給體材料。該有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中陽極采用氧化銦錫導(dǎo)電玻璃，在上面旋涂一層陽極修飾層PEDOT:PSS聚合物導(dǎo)電膜，120度處理20分鐘后，受體材料為富勒烯衍生物，旋涂給體材料和受體材料的混合溶液作為活性層，干燥30分鐘后，在熱蒸鍍儀里真空度為10^-6mbar以下蒸鍍金屬鈣(20nm)陰極修飾層和鋁(100nm)陰極，通過掩膜版控制蒸鍍金屬陰極的面積。

實施例2：

本實施例中，聚合物結(jié)構(gòu)式如下：

該聚合物的制備包括如下步驟：

在三頸瓶中加入0.1g化合物3、0.061g2,5-三甲基錫噻吩和10mL甲苯，置換三次氮氣，加入(4mg催化劑三(二亞芐基丙酮)二鈀和4.63mg三苯基膦，再置換三次氮氣，在回流下反應(yīng)24小時。反應(yīng)結(jié)束后出產(chǎn)物進(jìn)行索氏提取，分別使用甲醇、丙酮和正己烷作溶劑，最后用甲苯得到聚合產(chǎn)物52mg，產(chǎn)率59％。¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):δ7.4-7.3(m,2H),7.1-6.9(m,2H),4.1-3.8(m,4H),2.0-1.9(m,2H),1.3-1.2(m,16H),1-0.9(m,12H)。

上述制得的聚合物可用于有機(jī)太陽能電池中作為給體材料。該有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中陽極采用氧化銦錫導(dǎo)電玻璃，在上面旋涂一層陽極修飾層PEDOT:PSS聚合物導(dǎo)電膜，120度處理20分鐘后，受體材料為富勒烯衍生物，旋涂給體材料和受體材料的混合溶液作為活性層，干燥30分鐘后，在熱蒸鍍儀里真空度為10^-6mbar以下蒸鍍20nm金屬鈣與100nm陰極修飾層和鋁陰極，通過掩膜版控制蒸鍍金屬陰極的面積。

以上所述的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充或類似方式替代等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。