[發明專利]可交聯的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物及其在太陽能電池中的應用

有效

• 申請號: 201110345488.8
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102391480A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 陳義旺;張琳;李璠;諶烈
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明涉及一種可交聯的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物及其在太陽能電池中的應用。

背景技術

隨著全球能源需求量的逐年增加，能源問題成為世界各國經濟發展遇到的首要問題。太陽能是目前世界上可以開發的最大能源，而且潔凈無污，日益成為綠色能源的首選。相比較于成本高、污染大的無機太陽能電池，聚合物太陽能電池成本低廉、光伏材料分子結構的可設計性、柔韌性好、制備工藝簡單、環境友好、輕便易攜，已成為近幾年來國內外研究的熱點。但光電轉化效率較低一直是制約此類電池商業化的關鍵問題，而影響效率的主要因素包括有機半導體聚合物的吸收光譜與太陽光輻射光譜不匹配、活性層微觀形貌的有序性較差、器件的穩定性差。針對以上問題，近年來人們開發出許多新的聚合物，尤其是窄帶隙D-A型共軛聚合物，人們可以通過改變親電子基團在聚合物結構中的比重，從而實現HOMO和LUMO?能級位置的調制，進而得到能級匹配且能帶寬度較小的聚合物材料，如PCDT?BT?[Nature?Photonics,?2009,?3,?297-302]、PFDCN?[J.?Am.?Chem.?Soc.,?2009,?131,?13886-13887]、PSiF-DBT?[Appl.?Phys.?Lett.,?2008,?92,?033307]、PSB-TBT?[J.?Am.?Chem.?Soc.,?2008,?130,?16144-16145]，此類型共軛聚合物能拓寬光吸收范圍，使聚合物材料的吸收光譜與太陽光的發射光譜更加匹配，吸光度提高。另外，人們在設計合成光敏層材料時，控制優化其微觀形貌,?增強其有序性，為載流子的形成與遷移提供良好的界面與通道,?以利于電極對其的收集。但由于聚合物低的玻璃化轉變溫度和活性層中組分間的不相容性，太陽輻射所產生的熱易導致器件性能降低，以這些窄帶隙共軛聚合物為光敏層的太陽能電池的使用壽命和穩定性都有待進一步研究和提高。此外，研究發現用含氟封端劑對共軛聚合物進行末端功能化保護[Adv.?Mater.?2010,?22,?1355–1360]，能促使聚合物的表面能接近于PCBM表面能，達到聚合物與PCBM間的均勻分散，并能抑制PCBM過快聚集，形成優化的微觀相分離，從而提高活性層的空穴電子傳輸率。

在研究過程中，我們在咔唑上引入可交聯單元，將其與雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑共聚，用含氟苯封端劑對其端基進行功能化，得到一系列的D-A型窄帶隙液晶共軛聚合物。這種窄帶隙共軛聚合物的光吸收范圍寬，并具有液晶特性，其誘導作用增強活性層的有序性，提高載流子遷移效率及電極對載流子的收集效率。可交聯單元的引入可得到交聯的、結構穩定的活性層材料，提高器件的穩定性和使用壽命。將這種結構的共軛聚合物應用于太陽能電池，到目前為止，國內外并無相關文獻和專利報道。

發明內容

本發明提供了一種可交聯的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物及其在太陽能電池中的應用。在咔唑上引入可交聯單元，將其與雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑共聚，用含氟苯封端劑對其端基進行功能化，得到一系列的D-A型窄帶隙共軛聚合物，同時研究其作為太陽能電池活性層的應用。

本發明是通過以下技術方案實現的。

1.本發明提供一種可交聯的含氟苯封端的基于咔唑和雙噻吩基取代的二氟苯并噻二唑的液晶共軛聚合物，其特征在于其具有以下結構式：

式中：

代表給體，代表受體；n為聚合物主鏈單元的重復個數，為自然數1-100。

式中，?R₁和R₂為相同或不同的帶有雙鍵、氧丁環、溴基中的一個或多個的側鏈。

R₃、R₄、R₅、R₆為相同或不同的氫、碳原子數為1到20的直鏈或支化鏈的烷基、碳原子數為3到20的環烷基、碳原子數為1到20的直鏈或支化鏈的烷氧基,?碳原子數為1到20的直鏈或支化鏈的烷氧苯基，或包含一個或多個芳香環的芳基。

Ar₁、Ar₂為含氟苯封端保護基團；Ar₁、Ar₂可以是相同或者不同的功能基團，優選為如下的功能基團中的任意一個。

功能基1：?

功能基2（單氟苯）：

??????????

功能基3（二氟苯）：