[發明專利]含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物、其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210361375.1
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN103665344A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 周明杰;管榕;黎乃元;黃佳樂;李滿園
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/54;H01L51/46
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及有機半導體材料，尤其涉及一種含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物及其制備方法和應用。

背景技術

有機太陽能電池是一種新型的太陽能電池，相對于無機半導體材料來源有限，價格昂貴，有毒，制備工藝復雜，成本太高等而言，它具有無機太陽能電池無法比擬的一些優點，如材料來源廣泛，結構多樣性和可調控性，成本低廉，安全環保，制作工藝簡單，產品重量輕，可大面積柔性制備等等，可以廣泛應用在建筑、照明和發電等多種領域，具有重要的發展和應用前景。因此，國內外眾多的研究機構和企業等都給予了相當的關注和投入。然而，到目前為止，有機太陽能電池的光電轉換效率比無機太陽能電池還是要低很多。因此，開發新型的有機半導體材料對于提高有機太陽能電池的效率具有重要意義。

目前聚合物太陽能電池的能量轉換效率仍然比硅太陽能電池低，原因之一是由于聚合物的載流子遷移率比無機單晶材料的遷移率低了好幾個數量級。目前所使用的共軛聚合物光電池材料的吸收光譜與太陽光譜不能很好地匹配，是導致能量轉移效率低的另一重要原因。為進一步提高聚合物太陽能電池的性能，一方面可采用具有較寬吸收光譜的極窄帶隙聚合物做給體和受體，提高對太陽能的吸收利用，另一方面可采用退火、加入表面活性劑等材料對器件進行優化。

苯并噻二唑單元具有優異的還原可逆性，與鎂、鋁等金屬陰極的功函值非常接近；屬于缺電子型芳香環化合物，具有強吸電子能力，是一種優良的受體單元具有較好的電子傳輸性質，同時還可以調節材料的能隙。

菲由三個六元環并成，所有原子在同一個平面上，具有良好電子空穴傳輸能力，而且分子的剛性有利于提高材料的熱穩定性能，而且菲的9，10位容易修飾，可以利用簡便的方法引入供電子基團和受電子基團，調節其供/吸電子性能。因此它在有機發光二極管、有機太陽能電池、場效應晶體管等光電材料中有著廣泛的應用

2,7-咔唑是一個良好的空穴傳輸單元，結合咔唑的N原子易于修飾，以及含咔唑聚合物具有良好的熱穩定性的優點，與窄帶2,1,3-苯并噻二唑共聚來調節聚合物的帶隙，并將其吸收帶邊推向紅外及近紅外區。目前已經廣泛應用與有機發光二極管、有機太陽能電池、場效應晶體管等光電材料中。

然而，同時含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物目前仍沒有文獻和專利報道，這就大限制了它的應用范圍。

發明內容

基于上述問題，本發明所要解決的問題在于提供一種含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物

本發明的技術方案如下：

一種含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物，該共聚物具有如下結構通式：

式中：R₁、R₂、R₃分別為相同或不相同的C₁～C₂₀的烷基；n為1-100之間的整數。

本發明還提供上述含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物的制備方法，包括如下步驟：

惰性氛圍下，將摩爾比為1:2的結構式為的化合物A和結構式為的化合物B在第一催化劑和堿溶液存在的第一溶劑中，于100～150℃下進行關環反應2～6小時，制得結構式為的化合物C；

惰性氛圍下，將結構式為的化合物D溶于四氫呋喃溶劑中，并置于-78℃條件下再加入正丁基鋰，攪拌反應1～2小時；隨后加入結構式為的2-異丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二雜氧戊硼烷，繼續反應1小時后升至室溫反應6小時；得到結構式為的化合物E；其中，所述化合物D與正丁基鋰的摩爾量為1:2；2-異丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二雜氧戊硼烷與化合物D的摩爾量之比為2:1；

惰性氛圍下，將化合物C與化合物E按照摩爾比1:1.5～1.5:1的比例加入第二催化劑存在的第二溶劑中、于50～120℃下進行Suzuki耦合反應12～108小時，制得結構式為的含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物；

上述式中：R₁、R₂、R₃分別為相同或不相同的C₁～C₂₀的烷基；n為1-100之間的整數，優選n為40-60之間的整數；

上述工藝制備中，惰性氛圍，包括氮氣氛圍、氬氣氛圍或氮氣和氬氣組成的混合氛圍等。