[發明專利]二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110409514.9
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN103159916A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 周明杰;王平;張振華;梁祿生
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46;C07D409/14
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及太陽能電池材料領域，尤其涉及一種二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料及其制備方法和應用。

背景技術

利用廉價材料制備低成本、高效能的太陽能電池一直是光伏領域的研究熱點和難點。目前用于地面的硅晶電池由于生產工藝復雜、成本高，使其應用受到限制。為了降低電池成本，拓展應用范圍，長期以來人們一直在尋找新型的太陽能電池材料。有機半導體材料以其原料易得、廉價、制備工藝簡單、環境穩定性好、有良好的光伏效應等優點備受關注。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE(N.S?Sariciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，et?al.Science，1992，258，1474)上報道共軛聚合物與C₆₀之間的光誘導電子轉移現象后，人們在聚合物太陽能電池方面投入了大量研究，并取得了飛速的發展，但是仍比無機太陽能電池的轉換效率低得多。

近兩年來，環戊烷[2，1-b：3，4-b’]并二噻吩基共軛聚合物顯示出了優良的光伏性能。氟取代的1，2，3-苯并三唑有兩個強吸電子的亞胺基，是一個有強吸電子性能的雜環化合物，同時苯并三唑上的N-H鍵能夠容易用其他烷基等官能性基團修飾來調節溶解性和光電性能，更值得關注的是，由于氟原子半徑較小，被引入到含苯并三唑的聚合物中未增加任何空間位阻。另外，根據密度泛函數理論計算預測增加兩個氟原子的1，2，3-苯并三唑聚合物HOMO能級將降低0.11eV。有關含氟取代的1，2，3-苯并三唑基共聚物太陽能電池材料至今鮮有文獻和專利報道。

發明內容

本發明的目的一在于提供一種能量轉換效率高的二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料。

一種具有下述結構式(I)的二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料：

式中，R₁、R₂均為C₁～C₂₀的烷基，n為10～100的整數。

本發明的另一目的在于提供上述二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料的制備方法，包括如下步驟：

在無氧環境下，將結構式為的化合物A和結構式為的化合物B按照摩爾比1∶1加入量，添加入含有催化劑的有機溶劑中，充分溶解后于70～130℃下進行Stille耦合反應6～60h后，降溫停止反應后得到具有下述結構式(I)的所述二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料：

上述各式中，R₁為C₁～C₂₀的烷基，R₂為C₁～C₂₀的烷基，n為10～100的整數。

在上述二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料的制備方法中：

所述催化劑為有機鈀，所述有機鈀選自雙三苯基膦二氯化鈀或四三苯基膦鈀，且所述有機鈀與所述化合物A的摩爾比為1∶20～1∶100；或者

所述催化劑也可以為有機鈀(如，三二亞芐基丙酮二鈀)與有機磷配體(如，三叔丁基膦)的混合物，且所述有機鈀與所述化合物A的摩爾比為1∶20～1∶100，所述有機鈀和有機磷配體的摩爾比為1∶4～8；

所述有機溶劑選自甲苯、N，N-二甲基甲酰胺及四氫呋喃中的至少一種。

在上述二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料的制備方法中，優選地，所述Stille耦合反應溫度為80～110℃；所述Stille耦合反應時間為12～48h。

本發明的又一目的在于提供上述二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料在有機太陽能電池中的應用。

本發明提供的二氟代苯并三唑基共聚物有機半導體材料，雙噻吩環戊烷具有完全平面的晶體結構，它的結構單元中的兩個噻吩環在同一個平面上。這種結構可以有效延長聚合物的共軛性能，降低聚合物的帶寬。并且這種共平面結構使得載流子在兩個主鏈之間轉移變得更加容易，從而增加了載流子遷移率；由于1，2，3-苯并三唑聚合物含增加了兩個氟原子，其HOMO能級將降低0.11eV，而氟取代的1，2，3-苯并三唑又有兩個強吸電子的亞胺基，氟取代的1，2，3-苯并三唑是一個有強吸電子性能的雜環化合物，且苯并三唑的N-H鍵的N上容易引入烷基鏈，上述諸多性能均可以提高太陽能的能量轉換效率，從而解決聚合物太陽能電池低效率問題。