[發(fā)明專利]9-辛基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210316164.6
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102816304A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高潮;劉紅利;武海梅;劉建群;王戶生;安忠維;彌育華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬功能高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物。

背景技術(shù)

聚合物太陽能電池由于其制備過程簡單、成本低、重量輕和可制備成柔性器件等突出優(yōu)點，近年來成為國內(nèi)外研究熱點，當前聚合物太陽能電池研究的焦點是開發(fā)高效的共軛聚合物給體和受體材料來提高其光電能量轉(zhuǎn)換效率。對于充當電子給體的聚合物材料而言，材料的吸收光譜決定了器件的短路電流，材料的HOMO能級決定了器件的開路電壓，材料的結(jié)構(gòu)和載流子遷移率決定了器件的填充因子。為了獲得性能良好的給體聚合物材料，將富電子單元（D）與缺電子單元（A）交替引入共軛聚合物的主鏈形成的給-受體（D-A-D）型聚合物成為目前給體聚合物研究的重點。

喹喔啉及其衍生物作為一類新型的缺電單元，近年來備受關(guān)注并取得良好的性能，例如曹鏞等合成PECz-DTQX，與PCBM共混的光電轉(zhuǎn)換效率達到6.07%，[先進材料Adv.Mater.2011,23(27),3086-3089]。

為了進一步提高聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，在保證大的短路電流的前提下，增強器件的開路電壓是必然的選擇。近年來的研究表明，將具有強拉電性能的氟原子引入給體聚合物的受體單元可以有效降低材料的最高占有軌道能量（HOMO能），進而可以提升電池的開路電壓。如2009年，Hou?Jianhui等人通過在其研發(fā)的高效給體材料PBDTTT-C的受體單元上引入拉電基團F原子得到聚合物PBDTTT-CF，材料的HOMO能由-5.12eV降低到了-5.22eV，開路電壓由0.7V提高到了0.76V[Nat.Photon.2009,3,649-653]。

鑒于以上所述氟原子對材料性能的影響，在喹喔啉這種缺電子單元上引入氟原子制備新型的含氟D-A-D型給體聚合物有望進一步降低HOMO能，提升開路電壓，從而提高器件光伏性能，但是迄今還未見有關(guān)此類材料的結(jié)構(gòu)、制備方法及其應(yīng)用于光伏電池中的報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物，該共軛聚合物由9-辛基-2,7-咔唑作為給電單元，氟代喹喔啉作為缺電單元，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)制得，該共軛聚合物能夠用于本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的給體材料。該聚合物由于在缺電子單元喹喔啉上引入了強的吸電子基團氟原子，因此能夠有效降低材料HOMO能級，從而提升聚合物光伏電池的開路電壓。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案：

一種9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物，其結(jié)構(gòu)通式如式I所示：

式中，R₁：H或F原子；

R₂：間位或?qū)ξ惶荚訑?shù)為4到20的直鏈或支鏈的烷氧基苯基，或者碳原子數(shù)為4到20的直鏈或支鏈的2-烷基噻吩基或2,3-二烷基噻吩基；

R₃：H或碳原子數(shù)為1到20的直鏈或支鏈烷基。

優(yōu)選的，所述的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物A的結(jié)構(gòu)如式Ⅱ所示：

優(yōu)選的，所述的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物B的結(jié)構(gòu)如式Ⅲ所示：

優(yōu)選的，所述的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物C的結(jié)構(gòu)如式Ⅳ所示：

優(yōu)選的，所述的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物D的結(jié)構(gòu)如式Ⅴ所示：

本發(fā)明的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物的聚合反應(yīng)采用如下反應(yīng)方程式進行。

具體的合成步驟如下：

（1）受體單元含氟喹喔啉及其衍生物的制備

將5或5,6位含氟的4,7-二溴苯并噻二唑溶于無水乙醇中，0℃下分批加入硼氫化鈉，然后室溫下反應(yīng)20h，反應(yīng)結(jié)束后濃縮除去乙醇，加入適量水，乙酸乙酯萃取，有機相用無水硫酸鎂干燥，粗品硅膠柱純化得到含氟二胺，然后與1,2-二R₂基乙二酮以醋酸為溶劑反應(yīng)，制得6或6,7位含氟5,8-二溴-2,3-二R₂基喹喔啉。