[發(fā)明專利]雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210316919.2
• 申請(qǐng)日: 2012-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102827357A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高潮;王維平;武海梅;陳鍵;陳冬;安忠維;叢志遠(yuǎn)
• 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)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物。

背景技術(shù)

現(xiàn)今能源問(wèn)題是世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的首要問(wèn)題，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能和熱能造福于人類一直是科學(xué)家的追求目標(biāo)。開(kāi)發(fā)低成本太陽(yáng)能電池的有效途徑之一就是從材料入手，通過(guò)材料的改性可以有效地提高太陽(yáng)能電池的性能。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)，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)換效率不高的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)高效的共軛聚合物給體和受體材料來(lái)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（DA-D）型聚合物成為目前給體聚合物研究的重點(diǎn)。

最近，人們?cè)O(shè)計(jì)合成了一種基于喹喔啉的給-受體共聚物，具有較好的轉(zhuǎn)換效率。曹鏞等合成PECz-DTQX，與PCBM共混后的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)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(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(kāi)路電壓提升了0.08V，[L.Yu,et?al.J.Am.Chem.Soc.2009,131,7792-7799]。鑒于上述氟原子對(duì)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(jìn)一步降低HOMO能，提升開(kāi)路電壓，從而提高器件光伏性能。但是迄今還未見(jiàn)有關(guān)此類材料的制備及其應(yīng)用于光伏電池中的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)一種新型的含有氟代喹喔啉的D-A-D型給體聚合物材料，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)目的是利用氟原子的吸電子特性，降低聚合物材料的HOMO能級(jí)，進(jìn)而提升光伏電池的開(kāi)路電壓。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物，其結(jié)構(gòu)通式如式Ⅰ所示：

式中，R₁是H或F原子；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)明還具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

所述的雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式Ⅱ所示：

所述的雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式Ⅲ所示：

所述的雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式Ⅳ所示：

所述的雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式Ⅴ所示：

所述的雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式Ⅵ所示：

所述的雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式Ⅶ所示：

所述的雙噻吩并環(huán)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。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)的雙噻吩并環(huán)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物，按照如下所示的反應(yīng)歷程進(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(wú)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)束后用減壓蒸餾法除去乙醇，加入適量水，乙酸乙酯萃取，有機(jī)相用無(wú)水硫酸鎂干燥，粗品經(jīng)硅膠柱層析純化得到含氟二胺，然后與1,2-二R₂基取代乙二酮反應(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)戊二烯-氟代喹喔啉共軛聚合物的制備