[發(fā)明專利]雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210316165.0
• 申請(qǐng)日: 2012-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN102816305A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高潮;王維平;武海梅;劉紅利;彌育華;安忠維;劉建群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安近代化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)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)明屬于功能高分子領(lǐng)域，具體涉及一種雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能是未來最有希望的能源之一，是一種取之不盡、用之不竭的無污染潔凈能源。自1954年，第一塊硅太陽(yáng)能電池研制成功以來，各種形式的太陽(yáng)電池相繼問世，目前研究和應(yīng)用最廣泛的太陽(yáng)電池主要是單晶硅、多晶硅和非晶硅系列電池，然而硅電池原料成本高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，限制了它的更廣泛使用。聚合物太陽(yáng)能電池具有低成本、柔性好、易制備等明顯的優(yōu)點(diǎn)，通過材料的改性可以有效地提高太陽(yáng)能電池的性能。因此，這類太陽(yáng)能電池具有重要發(fā)展和應(yīng)用前景，成為目前聚合物光伏電池研究的前沿和重點(diǎn)。目前，聚合物電池仍存在轉(zhuǎn)換效率的問題。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)換效率是該領(lǐng)域目前研究的焦點(diǎn)。就給體材料而言，為了獲得良好性能的聚合物材料，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(diǎn)。

最近，研究者設(shè)計(jì)合成了一種基于喹喔啉的給-受體型共聚物，具有較好的轉(zhuǎn)換效率。曹鏞等合成PECz-DTQX，與PCBM共混的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到6.07%，[Adv.Mater.2011，23（27），3086-3089]。氟原子具有較強(qiáng)的吸電子特性，常被引入材料缺電單元中，降低給體材料的HOMO能級(jí)。Yu?Luping等合成聚合物PTB5的HOMO能級(jí)為-5.01ev，引入氟原子后聚合物的HOMO能級(jí)降低為-5.12ev，其開路電壓提升了0.08V，[L.Yu，et?al.J.Am.Chem.Soc.2009，131，7792-7799]，氟原子的拉電子特性很好的體現(xiàn)出來。鑒于以上所述氟原子對(duì)材料性能的影響，在喹喔啉這種缺電單元上引入氟原子，制備新型的含氟給-受體型聚合物有望降低HOMO能，提升開路電壓，進(jìn)一步提高器件光伏性能，但是有關(guān)此類材料的制備及其應(yīng)用于聚合物光伏電池中迄今還未見研究和報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物，以滿足聚合物光伏電池光活化層電子給體材料的需要。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是，將得到的新型的雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物，用于制備聚合物光伏電池的應(yīng)用，利用氟原子的拉電子特性，降低聚合物材料的HOMO能級(jí)，進(jìn)而提升聚合物光伏電池的開路電壓。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開的一種雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物，其特征在于，其結(jié)構(gòu)通式如式I所示：

式中，R₁＝H或F；R₂是：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；或者是：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。

本發(fā)明提供一種優(yōu)選的雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物A，其結(jié)構(gòu)如式Ⅱ所示：

本發(fā)明提供另一種優(yōu)選的雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物B，其結(jié)構(gòu)如式Ⅲ所示：

本發(fā)明提供再一種優(yōu)選的雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物C，其結(jié)構(gòu)如式Ⅳ所示：

本發(fā)明提供又一種優(yōu)選的雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物D，其結(jié)構(gòu)如式Ⅴ所示：

本發(fā)明還提供一種優(yōu)選的雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物E，其結(jié)構(gòu)如式Ⅵ所示：

本發(fā)明還提供另一種優(yōu)選的雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物F，其結(jié)構(gòu)如式Ⅶ所示：

上述雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物，其聚合反應(yīng)采用如Scheme?1所示的反應(yīng)方程式進(jìn)行。

具體的合成步驟如下：

（1）缺電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-2，1，3-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)束濃縮除去乙醇，加入適量水，乙酸乙酯萃取，有機(jī)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。

（2）雙噻吩并環(huán)硅戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物的制備