[發(fā)明專利]含苝四羧酸二酰亞胺-苝并二噻吩的共聚物及其制備方法和應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210305584.4
• 申請(qǐng)日: 2012-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN103626967A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明杰;管榕;李滿園
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;H01L51/30;H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)半導(dǎo)體材料，尤其涉及一種含苝四羧酸二酰亞胺-苝并二噻吩的共聚物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

利用廉價(jià)材料制備低成本、高效能的有機(jī)半導(dǎo)體器件，如，有機(jī)太陽能電池、有機(jī)電致發(fā)光器件、有機(jī)場效應(yīng)晶體管一直是光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前用于地面的硅太陽能電池由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，使其應(yīng)用受到限制。為了降低成本，拓展應(yīng)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(jī)半導(dǎo)體器件因?yàn)樵蟽r(jià)格低廉、質(zhì)量輕、柔性、生產(chǎn)工藝簡單、可用涂布、印刷等方式大面積制備等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，如果能夠?qū)⑵淠芰哭D(zhuǎn)化效率提高到接近商品硅太陽能電池的水平，其市場前景將是非常巨大的。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(bào)道共軛聚合物與C₆₀之間的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象后，人們?cè)谟袡C(jī)半導(dǎo)體器件方面投入了大量研究，并取得了飛速的發(fā)展。目前，有機(jī)太陽能電池的研究主要集中于給體、受體共混體系，采用PTB7與PC₇₁BM共混體系的能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到7.4%（Y.Liang?et?al.,Adv.Mater.;DOI:10.1002/adma.200903528），但是仍比無機(jī)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率低得多，限制性能提高的主要制約因素有：有機(jī)半導(dǎo)體器件相對(duì)較低的載流子遷移率，器件的光譜響應(yīng)與太陽輻射光譜不匹配，高光子通量的紅光區(qū)沒有被有效利用以及載流子的電極收集效率低等。為了使有機(jī)半導(dǎo)體器件得到實(shí)際的應(yīng)用，開發(fā)新型的材料，大幅度提高其能量轉(zhuǎn)換效率仍是這一研究領(lǐng)域的首要任務(wù)。

苝四羧酸二酰亞胺及其衍生物具有大的共苯環(huán)平面結(jié)構(gòu)和兩個(gè)亞胺環(huán)結(jié)構(gòu)，在可見光區(qū)域有很強(qiáng)的吸收，具有較高的光、熱和環(huán)境穩(wěn)定性，具有較高電子親和能(較低的LUMO能級(jí))，并且由于其共軛大π鍵之間的π-π堆疊使沿堆疊方向具有很高的電子遷移率，因此，它在有機(jī)太陽電池等多種領(lǐng)域都顯現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于苝四羧酸二酰亞胺及其衍生物含有大的平面共軛體系和良好的分子共平面性，分子間大π鍵的相互作用很強(qiáng)，具有較大的晶格能，因而其溶解性較差，成膜加工性能較差，導(dǎo)致制備的器件很容易發(fā)生相分離問題，影響激子擴(kuò)散的效率，從而導(dǎo)致能量的損失。另外，由于苝四羧酸二酰亞胺及其衍生物的吸收光譜主要集中在可見區(qū)，吸收范圍還不夠?qū)挘c太陽光的發(fā)射光譜匹配度還不夠高，不能有效地利用太陽光，也會(huì)降低有機(jī)半導(dǎo)體器件的光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述問題，本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種可以提高光有機(jī)半導(dǎo)體器件的電轉(zhuǎn)換效率的含苝四羧酸二酰亞胺-苝并二噻吩的共聚物。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種含苝四羧酸二酰亞胺-苝并二噻吩的共聚物，具有如下結(jié)構(gòu)通式：

式中：n為13~71之間的整數(shù)；R₁、R₂、R₃為相同或不同地為氫、C₁~C₂₀的烷基、C₁~C₂₀的烷氧基；R₄為C₁~C₂₀的烷基。

所述共聚物，其中，優(yōu)選n為26~67之間的整數(shù)。

本發(fā)明提供上述含苝四羧酸二酰亞胺-苝并二噻吩的共聚物的制備方法，包括如下步驟：

惰性氛圍下，將結(jié)構(gòu)式為的化合物A與結(jié)構(gòu)式為的化合物B按照摩爾比1:1~1:1.2的比例加入催化劑和堿溶液存在的溶劑中、于50~120℃下進(jìn)行Suzuki耦合反應(yīng)24~72小時(shí)，停止反應(yīng)，制得結(jié)構(gòu)式為的含苝四羧酸二酰亞胺-苝并二噻吩的共聚物；

上述式中，n為13~71之間的整數(shù)；R₁、R₂、R₃為相同或不同地為氫、C₁~C₂₀的烷基、C₁~C₂₀的烷氧基；R₄為C₁~C₂₀的烷基。

所述制備方法，其中，優(yōu)選n為26~67之間的整數(shù)。

所述制備方法，其中，Suzuki耦合反應(yīng)結(jié)束后，還包括對(duì)所述共聚物進(jìn)行純化處理過程：