[發(fā)明專利]一種含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物及其制備與應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210495058.9
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103848966A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 周明杰;管榕;李滿園;黃佳樂;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;C07D519/00;H01L51/46;H01L51/54;H01L51/30
• 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，特別是涉及一種含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物及其制備方法與應用。

背景技術(shù)

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(yōu)點，如成本低廉，制作工藝簡單，產(chǎn)品重量輕，可大面積柔性制備等優(yōu)點而作為一種有潛力的可再生能源受到人們的廣泛關(guān)注。在過去的十年中，有機太陽能電池的性能得到穩(wěn)步提高，能量轉(zhuǎn)換效率已接近10%。但是，到目前為止，有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比無機太陽能電池還是低很多。

目前有機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(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，提高對太陽光的吸收利用效率。

提高聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率的方法之一是合成新型P-型共軛聚合物，新型P-型共軛聚合物需要具備以下特點：（a）良好的溶解性，利于溶劑加工，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；（b）對整個太陽光譜有寬而強的吸收；（c）載流子遷移率高，利于載流子傳輸。其中，如何拓寬聚合物的光吸收范圍將是研究的重點，通過選擇合適的結(jié)構(gòu)單元組成半導體聚合物，利于將聚合物的光吸收范圍拓寬到紅外、近紅外區(qū)。為實現(xiàn)有機太陽能電池的商業(yè)化，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)明旨在提供一種含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物。

本發(fā)明的目的還在于提供含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物的制備方法及應用。

第一方面，本發(fā)明提供一種含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物，為具有如下通式的聚合物P：

式中，R₁、R₂為相同的H、C₁~C₁₂的烷基或C₁~C₁₂的烷氧基；R₃、R₄為相同或不同的H或C₁~C₁₂的烷基，R₅為C₁~C₁₂的烷基或C₁~C₁₂的烷氧基，R₆為H或者F，n為10~70之間的自然數(shù)。

本發(fā)明的含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物的結(jié)構(gòu)中含有環(huán)戊并二噻吩單元，具體為4,4-聯(lián)苯基環(huán)戊并[2,1-b;3,4-b’]二噻吩單元，該單元具有特殊的空間立體結(jié)構(gòu)，類似于螺芴結(jié)構(gòu)，其中芴和環(huán)戊并二噻吩通過C原子進行螺旋連接，該碳原子的分子軌道為sp3雜化，四面體的構(gòu)像使其成為螺旋連接的中心，而芴和環(huán)戊二噻吩兩個平面則形成正交垂直，該特殊的空間立體結(jié)構(gòu)不僅阻礙分子間的緊密堆積，而且能增加分子的剛性，使含有類似螺芴的該給體單元的聚合物剛性增強，一方面可提高聚合物材料的熱穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性，另一方面可提高聚合物材料的結(jié)晶性，從而提高載流子遷移率。同時，芴和環(huán)戊并二噻吩都是優(yōu)良的給電子單元，被廣泛的應用在有機光電等領(lǐng)域，而且環(huán)戊并二噻吩雖與芴結(jié)構(gòu)類似，但其帶隙比芴窄，使4,4-聯(lián)苯基環(huán)戊[2,1-b;3,4-b’]二噻吩單元與螺芴單元相比，更有利于降低聚合物的帶隙，擴大光吸收范圍。

同時，本發(fā)明的含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物結(jié)構(gòu)中含有噻吩并噻吩單元，該單元是性能優(yōu)良的受體單元，首先，它是具有良好的平面性的富電子單元；其次，與噻吩相比，噻吩并噻吩結(jié)構(gòu)具有更大的п共軛體系，將其引入到聚合物骨架中，有利于聚合物分子鏈間的п-п堆積，增強聚合物分子結(jié)構(gòu)的有序性，改善其載流子遷移率。此外，本發(fā)明的噻吩[3,4-b]噻吩單元帶有酯基/羰基取代基，酯基/羰基的吸電子誘導效應有利于降低聚合物的HOMO能級，及提高聚合物的化學穩(wěn)定性。

本發(fā)明的含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物含有以上兩種單元，具有新的共軛平面結(jié)構(gòu)，以及優(yōu)異的太陽光匹配性和載流子遷移性能，能量轉(zhuǎn)換效率高，應用前景廣闊。

第二方面，本發(fā)明提供一種含噻吩并噻吩-環(huán)戊并二噻吩聚合物的制備方法，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：