[發明專利]一種含三苯胺-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制備方法與應用

無效

• 申請號: 201210471918.5
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN103833965A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 周明杰;管榕;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;C07F7/10;H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及光電材料技術領域，特別是涉及一種含三苯胺-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制備方法與應用。

背景技術

制備成本低、效能高的太陽能電池一直是光伏領域的研究熱點和難點。目前已商業化的硅太陽能電池由于生產工藝復雜、成本高，應用受到限制。為了降低成本，拓展應用范圍，長期以來人們一直在尋找新型的太陽能電池材料。聚合物太陽能電池因為原料價格低廉、質量輕、柔性、生產工藝簡單、可用涂布、印刷等方式大面積制備等優點而具有優越的市場前景。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S?Sariciftci,L.Smilowitz,A.J.Heeger,et?al.Science,1992,258,1474）上報道共軛聚合物與C₆₀之間的光誘導電子轉移現象后，人們在聚合物太陽能電池方面投入了大量研究，并取得了飛速的發展。

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。而目前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，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。

因此，開發新的聚合物材料，提高光電材料的能量轉換效率對于有機太陽能電池的發展有重要意義。

發明內容

為解決上述問題，本發明旨在提供一種含三苯胺-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，該共聚物中由于含有新的噻咯并二(苯并噻二唑)共軛單元，與太陽光譜的匹配度高，同時為平面共軛結構，載流子遷移速率高，可提高載流子到達電極的比例及電荷收集效率，從而提高能量轉換效率，本發明的目的還在于提供上述含三苯胺-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的制備方法及應用。

第一方面，本發明提供一種含三苯胺-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，為具有如下結構式的共聚物P：

式中，R₁，R₂為C₁~C₂₀的烷基，R₃為H、C₁~C₂₀的烷基或C₁~C₂₀的烷氧基，n為1~100之間的整數。

本發明的含三苯胺-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物結構中含有苯并噻二唑單元、噻咯和三苯胺基團，苯并噻二唑單元是常見的功能單元，具有優異的還原可逆性，與鎂、鋁等金屬陰極的功函值接近，屬于缺電子型芳香環化合物，具有強吸電子能力，是優良的受體單元，具有較好的電子傳輸性質，同時還可以調節材料的能隙；噻咯形成了σ*-π*共軛，使得噻咯分子的最低占有軌道（LUMO）較低，同時具有良好的電子親合力和電子遷移率；噻咯并二(苯并噻二唑)具有窄的帶隙和強的共軛性質，可以應用在有機太陽能電池等領域；三苯胺類化合物在電場作用下能夠形成胺離子自由基，具有較高的空穴遷移率。引入烷基、烷氧基或其他取代基可改善三苯胺類化合物的溶解性，方便成膜，降低器件制備成本。除此之外，由于苯環之間的空間相互作用，三苯胺呈現出非平面的幾何構型，三苯胺及其衍生物的空間構型介于平面構型和各向同性的四面體構型之間。這種準三維的立體構型，可以阻止分子間緊密的π堆積，進而減少了這類衍生物形成晶體的可能。因此，三苯胺類化合物具有較好的給電子性、較低的離子化電位較高的空穴遷移率、較好的溶解性與無定形成膜性、較強的熒光性能與光穩定性、獨特的自由基性質。

由化合物三苯胺和噻咯并二(苯并噻二唑)構成的聚合物能夠形成一種很強的給體-受體結構，一方面有利于提高了材料的穩定性，另一方面有利于降低材料的能帶隙，從而擴大太陽光吸收范圍，提高光電轉化效率；

第二方面，本發明提供一種含三苯胺-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的制備方法，包括以下操作步驟：

分別提供如下結構式表示的化合物A和化合物B：

在惰性氣體氛圍中，將摩爾比為1:1.5~1.5:1的化合物A和化合物B加入有機溶劑溶解，然后往有機溶劑中加入催化劑和堿溶液形成混合溶液，該混合溶液在50~120℃進行Suzuki耦合反應6~100小時，停止反應后，分離純化得到含三苯胺-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物P，該共聚物的結構式如下：