[發明專利]雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物

有效

• 申請號: 201210316877.2
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102816307A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 高潮;王維平;武海梅;陳冬;彌育華;安忠維;田地
• 申請（專利權）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: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明屬于功能高分子材料領域，具體涉及一種雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物。

背景技術

能源問題備受關注，太陽能是一種取之不盡、用之不竭的無污染潔凈能源，是未來最有希望的能源之一。將太陽能直接轉換為電能和熱能造福于人類一直是科學家的追求目標，目前研究和應用最廣泛的太陽電池主要是單晶硅、多晶硅和非晶硅系列電池，然而硅電池原料成本高，生產工藝復雜，限制了它的更廣泛使用。開發低成本太陽電池的有效途徑之一就是從材料入手,尋找廉價、環境穩定性高、具有良好光伏效應的新型太陽電池材料。有機聚合物材料以其原料易得,廉價,制備工藝簡單,環境穩定性高,良好的光伏效應等優點,日益被人們所重視，科研工作者對各種各樣的有機高聚物進行了廣泛研究,并取得了不少新的進展。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）型聚合物成為目前作為電子給體材料的聚合物研究的重點。

最近，研究者設計合成了一種基于喹喔啉的給-受體型共聚物，具有較好的轉換效率。曹鏞等合成PECz-DTQX，與PCBM共混的光電轉換效率達到6.07%[Adv.Mater.2011,23（27）,3086-3089]。氟原子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。Yu?Luping等合成聚合物PTB5的HOMO能級為-5.01ev，引入氟原子后聚合物的HOMO能級降低為-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出來。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給-受體型聚合物有望進一步降低HOMO，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此類材料的制備及其應用于聚合物光伏電池中的報道。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷或不足，本發明的一個目的在于，提供雙噻吩并環鍺戊二烯-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。

本發明的另一個目的是將得到的雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物用于制備聚合物光伏電池的應用，利用氟原子的拉電子特性，降低聚合物材料的HOMO能級，進而提升聚合物光伏電池的開路電壓。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：

一種雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物，其特征在于，其結構通式如式I所示：

式中，R₁＝H或F；R₂是：間位或對位碳原子數為4到20的直鏈或支鏈的烷氧基苯；或者是：碳原子數為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是氫原子或碳原子數為1到20的直鏈或支鏈的烷基。

本發明提供一種優選的雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物A，其結構如式Ⅱ所示：

本發明提供另一種優選的雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物B，其結構如式Ⅲ所示：

本發明提供再一種優選的雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物C，其結構如式Ⅳ所示：

本發明提供又一種優選的雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物D，其結構如式Ⅴ所示：

本發明還提供一種優選的雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物E，其結構如式Ⅵ所示：

本發明還提供另一種優選的雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物F，其結構如式Ⅶ所示：

上述雙噻吩并環鍺戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物，其聚合反應采用如Scheme?1所示的反應方程式進行。

具體的合成步驟如下：

（1）缺電單元氟代-5,8-二噻吩基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20h，反應結束濃縮除去乙醇，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，制得6或6,7位含氟5,8-二溴-2,3-二R₂基喹喔啉。