[發明專利]含苯并噻二唑單元的苯并二噻吩類共聚物及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210361380.2
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN103665345A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 周明杰;管榕;李滿園;黃佳樂;黎乃元
• 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;C09K11/06;H01L51/46;H01L51/54;H01L51/30
• 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，尤其涉及一種含苯并噻二唑單元的苯并二噻吩類共聚物及其制備方法和應用。

背景技術

有機太陽能電池由于具有無機太陽能電池無法比擬的一些優點，如成本低廉，制作工藝簡單，產品重量輕，可大面積柔性制備等優點而作為一種具有潛力的可再生能源受到人們的廣泛關注。在過去的十年里，有機太陽能電池的性能有了穩步提高，能量轉換效率已接近10%。盡管有機太陽能電池的能量轉換效率得到了大幅提高，但是，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，要想實現有機太陽能電池的商業化，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。

由于近年來在共軛聚合物的設計和器件制造工藝上的進步，聚合物太陽能電池的效率已取得很大提高。聚合物太陽能電池未來面臨的挑戰之一就是合成新型的P-型共軛聚合物，它需要具備以下特點：（a）良好的溶解性，有利于溶劑加工，實現工業化生產(b)對整個太陽光光譜有寬而強的吸收(c)高的載流子遷移率，有利于載流子傳輸。其中如何拓寬聚合物材料的光吸收范圍，使其光吸收范圍最大程度地覆蓋整個太陽光光譜將是研究的重點。在半導體聚合物骨架中選擇合適的單體，有利于將聚合物的光吸收范圍拓寬到紅外、近紅外光區。其中的策略之一是在聚合物骨架中引入富電子的給體單元和缺電子的受體單元。通過給受體中這種“推-拉電子”的相互作用，降低共軛聚合物的能隙，使其吸收帶向紅外及近紅外低能波段移動。

苯并噻二吩類衍生物，兩個噻吩通過苯環稠環在一個平面內，增強了其平面性和剛性結構，具有較高的光、熱和環境穩定性。位于中心的苯環降低了兩側噻吩環的富電子數，使其具有較低的HOMO能級。由于其擴展的共軛大π鍵體系，π鍵之間的π-π堆疊具有較高的載流子遷移率,因此，它在有機電子等領域都顯現出廣闊的應用前景。

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可以提高有機半導體器件的光電轉換效率的含苯并噻二唑單元的苯并二噻吩類共聚物。

本發明的技術方案如下：

一種含苯并噻二唑單元的苯并二噻吩類共聚物，具有如下結構通式：

式中：n為10~60之間的整數；R₁、R₂相同或不同地為H、C₁~C₁₆的烷基；R₃相同或不同地為H、C₁~C₁₆的烷基、C₁~C₁₆的烷氧基或噻吩基；R₄相同或不同地為H、C₁~C₁₆的烷基或C₁~C₁₆的烷氧基；R₅、R₆相同或不同地表示為H或C₁-C₁₆的烷基、C₁~C₁₆烷氧基或F。

所述共聚物，其中，優選n為12~50之間的整數。

本發明提供上述含苯并噻二唑單元的苯并二噻吩類共聚物的制備方法，包括如下步驟：

無氧環境下，將結構式為的化合物M1與結構式為的化合物M2按照摩爾比1∶1~1.5:1的比例加入催化劑存在的有機溶劑（如，四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、苯和甲苯中的至少一種）中、于60～120℃下Stille耦合反應12~72小時，停止反應，獲得結構式為的含苯并噻二唑單元的苯并二噻吩類共聚物；

上述各式中，n為10~60之間的整數；R₁、R₂相同或不同地為H、C₁~C₁₆的烷基；R₃相同或不同地為H、C₁~C₁₆的烷基、C₁~C₁₆的烷氧基或噻吩基；R₄相同或不同地為H、C₁~C₁₆的烷基或C₁~C₁₆的烷氧基；R₅、R₆相同或不同地表示為H或C_1-C₁₆的烷基、C₁~C₁₆烷氧基或F。