[發明專利]一種新型的含二苯并噻吩窄帶系共軛聚合物材料的制備

無效

• 申請號: 201210162481.7
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN103421165A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 李翠紅;薄志山;金恩泉
• 申請（專利權）人: 李翠紅;薄志山;金恩全
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于有機太陽電池材料領域，特別涉及一種新型的窄帶隙共軛梯形聚合物材料的制備。在全球正面臨能源危機的情況下，光電轉換技術被認為是最重要的可再生能源之一。其中，聚合物太陽電池具有廉價、質輕、可大面積制備的優點收到了廣泛的關注。獲得高光電轉換效率的重要因素之一是開發性能優異的電子給體材料。目前，最高的轉換效率已達30％。經過多年的深入研究，人們在材料的設計思路上形成了一些共識，總結如下：(1)具有較低的能隙(最佳值大概在1.5eV)，從而有效地吸收太陽光轉化為短路電流；(2)具有合適的HOMO和LUMO能級從而獲得較高開路電壓和較小的給受體LUMO能級差避免能量的損失；(3)較好的溶解性及與富勒烯衍生物的相容性以利于溶液法加工并能形成納米尺度優化的形貌。基于以上的思路，多種窄帶隙的聚合物被設計合成出來并應用在聚合物太陽能電池中。?

背景技術

為了克服給體材料吸收范圍還不夠寬的缺點，開發窄帶隙的聚合物材料是非常必要的。設計窄帶隙的聚合物給體材料主要有三種手段：(1)增加共軛主鏈的長度；(2)提高主鏈的醌式結構比例；(3)采取富電子基團(D)和缺電子基團(A)交替共聚的方法。對于第一種手段，分子共軛主鏈增長到一定程度之后聚合物的帶隙將趨于平穩，不會無限減小，因此這種手段的作用有限；對于第二種手段，增加主鏈的醌式結構將帶來聚合物HOMO能級的提高，這一方面會降低光伏器件的Voc，另一方面也會造成材料穩定性的下降；第三種手段能夠克服這些限制和缺點，是最有效的窄帶隙光伏材料?

設計手段。?

當給受體單元以共價鍵的方式連接后，將發生分子軌道的雜化。根據這一理論，給體基元的HOMO軌道和受體基元HOMO軌道相互作用，形成兩個新的分子軌道；給體基元的LUMO軌道和受體基元的LUMO相互作用也形成兩個新的分子軌道，此時分子形成了新的相對更高的HOMO軌道和相對更低的LUMO軌道，兩個軌道之`的能級變得更近，也就是降低了分子的能隙。?

二苯并噻吩擁有剛性和平面的結構，它的衍生物已經被用作穩定的OLED發光器件中，并且二苯并噻吩的平面性以及分子間的S-S相互作用可以促進分子主鏈有序的π堆疊，這種有序的堆疊可以方便載流子的傳輸。但是，在光伏材料的應用中，基于二苯并噻吩的材料還比較少見。?

發明內容

本發明旨在制備一種新型的含二苯并噻吩窄帶隙共軛聚合物材料?

本發明所提供的新型的含二苯并噻吩窄帶隙共軛聚合物材料：?

本發明中式1結構化合物的制備方法如下：?

聚合物PDBTDTBT合成路線?

具體的說，本發明中式1結構化合物的制備方法，其主要步驟是：?

氮氣氣氛下，以四氫呋喃和水為溶劑，將4，7-二(5-溴噻吩-2-基)-5，6-二(辛氧基)-[1，2，5]苯并噻二唑和3，6-二(辛氧基)-2，7-二硼酸-二苯并噻吩，摩爾比為1∶1，在四(三苯基膦)鈀催化下在100-120℃溫度下反應72小時，得到式I結構的含二苯并噻吩的共軛聚合物。?

具體實施方式

實施例1：制備式1結構的含二苯并噻吩的共軛聚合物471.0mg單體M1，637.1mg?M2，30mL四氫呋喃，6mL水，以及1.5g?NaHCO₃的混合物在100ML的截門燒瓶中，在加入20.61mg?Pd(PPh₃)₄之前之后都經過反復充脫氮氣，然后體系在氮氣氣氛下攪拌回流反應72小時。然后冷卻體系，加入50mg苯硼酸和20.61mg?Pd(PPh₃)₄升溫反應4小時，之后再冷卻加入500μL溴苯升溫繼續反應過夜完成封端。待體系冷卻到室溫，加入水和氯苯；用分液漏斗分出有機層并用水洗有機相三次。然后加熱有機相到100℃以溶解部分析出的聚合物，過濾有機相并將濾液旋蒸除去大部分溶劑，剩余濃溶液滴入大量丙酮中沉降，過濾收集沉降產物并用丙酮清洗。將產物再次溶于少量的氯仿并再次向丙酮中沉降，過濾收集沉降產物并用丙酮清洗。最后在高真空下干燥得到762mg深紅色聚合物，產率為86％。?

圖1是含二苯并噻吩窄帶系共軛聚合物PDBTDTBT化學結構圖；?

圖2是含二苯并噻吩窄帶系共軛聚合物PDBTDTBT?x射線衍射圖；?

圖3是含二苯并噻吩窄帶系共軛聚合物PDBTDTBT熱失重圖?

圖4是含二苯并噻吩窄帶系共軛聚合物PDBTDTBT在薄膜中電化學分析圖。?