[發(fā)明專利]一種含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210489248.X
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103833976A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周明杰;管榕;黎乃元
• 申請（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)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;H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

制備成本低、效能高的太陽能電池一直是光伏領(lǐng)域的研究熱點和難點。目前已商業(yè)化的硅太陽能電池由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，應(yīng)用受到限制。為了降低成本，拓展應(yīng)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(zhì)量輕、柔性、生產(chǎn)工藝簡單、可用涂布、印刷等方式大面積制備等優(yōu)點而具有優(yōu)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(dǎo)電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)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(fā)展。

目前聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)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(shù)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(dǎo)致能量轉(zhuǎn)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。

用于光電材料的含有苯并噻吩單元和苯并噻二唑單元的共軛聚合物已見報道，但在實際應(yīng)用中獲得的能量轉(zhuǎn)換效率依然較低。因此，開發(fā)新的聚合物材料，提高光電材料的能量轉(zhuǎn)換效率對于有機太陽能電池的發(fā)展有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物。

本發(fā)明的目的還在于提供含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的制備方法及應(yīng)用。

第一方面，本發(fā)明提供了一種含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，為具有如下通式的共聚物P：

式中，R₁，R₂為C₁~C₂₀的烷基，R₃，R₄為H或C₁~C₂₀的烷基，n為1～100之間的整數(shù)。

本發(fā)明提供的含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的結(jié)構(gòu)中含有新的噻咯并二(苯并噻二唑)單元，苯并噻二唑單元是常見的功能單元，具有優(yōu)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(huán)化合物，具有強吸電子能力，是優(yōu)良的受體單元，具有較好的電子傳輸性質(zhì)，同時還可以調(diào)節(jié)材料的能隙，而噻咯結(jié)構(gòu)單元中存在σ^*_π^*共軛，使得噻咯單元的最低占有軌道能級（LUMO）較低，使其同時具有良好的電子親合力和電子遷移率。本發(fā)明的含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物中含有的新的噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物單元結(jié)合了以上兩種單元的結(jié)構(gòu)特征，具有較窄的帶隙和較強的共軛性質(zhì)，使共聚物具有優(yōu)異的電子傳輸性能，可應(yīng)用于有機太陽能電池等領(lǐng)域。

同時，苯并噻吩單元的平面結(jié)構(gòu)性好，具有良好的載流子遷移率，是有機太陽能電池材料中較為理想的材料，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有機發(fā)光二極管、有機太陽能電池、場效應(yīng)晶體管等光電材料中。

本發(fā)明在以上兩種單元的基礎(chǔ)上得到具有新型平面共軛結(jié)構(gòu)的含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，具有優(yōu)異的載流子遷移能力及結(jié)構(gòu)靈活性，應(yīng)用前景廣闊。

第二方面，本發(fā)明提供了含苯并噻吩-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：

提供化合物A和化合物B，化合物A和B的結(jié)構(gòu)式分別為：

式中，R₁，R₂為C₁~C₂₀的烷基，R₃，R₄為H或C₁~C₂₀的烷基；

在惰性氣體氛圍中，按摩爾比1:1.5~1.5:1將所述化合物A和化合物B溶于有機溶劑中，加入催化劑，于50℃~120℃下進行Stille耦合反應(yīng)6~100小時，分離純化后得到含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，所述含苯并噻吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物為具有如下通式的共聚物P：

式中，n為1~100之間的整數(shù)。

Stille耦合反應(yīng)的反應(yīng)式為：