[發明專利]9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物

有效

• 申請號: 201210316918.8
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102827356A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 高潮;劉紅利;武海梅;劉建群;王戶生;安忠維;陳鍵
• 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9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物。

背景技術

隨著能源危機和燃燒化石燃料造成的環境污染的日益加深，對可再生能源的開發受到了更多的關注。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點，近年來成為國內外研究熱點，當前聚合物太陽能電池研究的焦點是開發高效的共軛聚合物給體和受體材料來提高其光電能量轉換效率。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，材料的結構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，近年來備受關注并取得良好的性能，例如曹鏞等合成PECz-DTQX，與PCBM共混，光電轉化效率為達到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]。2010年，Luping?Yu等人在其研發的給體材料PTBF0的受體單元上引入氟原子，得到聚合物PTBF1，材料的HOMO能由-4.94eV降低到了-5.15eV，開路電壓由0.58V提高到了0.74V[J.Am.Chem.Soc.2011,133,1885-1894]。

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此類材料的結構、制備方法及其應用于光伏電池中的報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于，提供一種9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，該共軛聚合物由9-十七烷基-2,7-咔唑作為給電單元，雙溴取代氟代喹喔啉單體作為缺電單元，通過Suzuki偶聯反應制得，能夠用于本體異質結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，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。

為了實現上述目的，本發明采用如下的技術解決方案：

一種9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，所述共軛聚合物的結構通式如式I所示：

式中，R₁：H或F原子；

R₂：間位或對位碳原子數為4到20的直鏈或支鏈的烷氧基苯基，或者碳原子數為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：H或碳原子數為1到20的直鏈或支鏈烷基。

所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物中優選的聚合物A，其結構如式Ⅱ所示：

所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物中優選的聚合物B，其結構如式Ⅲ所示：

所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物中優選的聚合物C，其結構如式Ⅳ所示：

所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物中優選的聚合物D，其結構如式Ⅴ所示：

所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物中優選的聚合物E，其結構如式Ⅵ所示：

所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物優選的聚合物F，其結構如式Ⅶ所示：

所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物中優選的聚合物G，其結構如式Ⅷ所示：

所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物中優選的聚合物H，其結構如式Ⅸ所示：