[發明專利]含吡咯并吡咯二酮基的聚合物及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310066128.3
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN104017178A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 周明杰;王平;張振華;陳吉星
• 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;C07D519/00;H01L51/46
• 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

本發明涉及有機太陽能電池材料，尤其涉及一種含吡咯并吡咯二酮基的聚合物和應用。

背景技術

利用廉價材料制備低成本、高效能的太陽能電池一直是光伏領域的研究熱點和難點。目前用于地面的硅晶電池由于生產工藝復雜、成本高，使其應用受到限制。為了降低電池成本，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。有機半導體材料以其原料易得、廉價、制備工藝簡單、環境穩定性好、有良好的光伏效應等優點備受關注。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，但是仍比無機太陽能電池的轉換效率低得多。限制性能提高的主要制約因素有：有機半導體材料的光譜響應與太陽輻射光譜不匹配，有機半導體相對較低的載流子遷移率以及較低的載流子的電極收集效率等。為了使聚合物太陽能電池得到實際的應用，開發新型的材料，進而大幅度提高其能量轉換效率仍是這一研究領域的首要任務。

吡咯并吡咯二酮(DPP)具有吸收強、光化學穩定性等優點，非常有潛力應用于有機太陽能電池中。DPP可以通過N原子上進行烷基鏈的修飾，當增加連接到DPP的3,6位的噻吩的長度時，吸收范圍變寬，同時帶隙也變小，這些性質對于太陽能電池的效率的提高是有利的。

發明內容

本發明所要解決的問題在于提供一種可以提高光電轉換效率的含吡咯并吡咯二酮基的聚合物。

本發明的技術方案如下：

一種含吡咯并吡咯二酮基的聚合物，該聚合物具有如下結構式：

式中，R為C₁～C₂₀的烷基，n為10～100的整數。

本發明還提供所述含吡咯并吡咯二酮基的聚合物的制備方法，包括如下步驟：

分別提供如下結構式表示的化合物A和B，

A：B：其中，化合物A中，R為C₁～C₂₀的烷基；

在無氧環境下，將摩爾比為1:1~1.2的化合物A和B加入含有催化劑的有機溶劑中溶解后，于70～130°C下進行Stille耦合反應6～60小時，降溫后停止聚合反應，將反應液分離提純，即得如下結構式表示的所述聚合物：

式中，n為10～100的整數。

所述含吡咯并吡咯二酮基的聚合物的制備方法，其中，所述無氧環境為氮氣、氬氣至少一種組成的無氧環境。

所述含吡咯并吡咯二酮基的聚合物的制備方法，其中，所述有機溶劑為甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的至少一種。

所述含吡咯并吡咯二酮基的聚合物的制備方法，其中，所述催化劑為雙三苯基膦二氯化鈀、四三苯基膦鈀、摩爾比為1:4～8的醋酸鈀與三鄰甲苯基膦混合物或者摩爾比為1:4～8的三二氬芐基丙酮二鈀與2-雙環己基膦-2’,6’-二甲氧基聯苯混合物；所述催化劑與化合物A的摩爾比為1:20~1:100。

所述含吡咯并吡咯二酮基的聚合物的制備方法，其中，所述Stille耦合反應的反應溫度為90～120°C，反應時間為12～48小時。

所述含吡咯并吡咯二酮基的聚合物的制備方法，其中，Stille耦合反應停止后，對反應液的分離提純過程包括如下步驟：

向反應液中加入甲醇沉析，通過索氏提取器過濾沉析物，接著依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿為溶劑抽提，收集氯仿溶液并旋干，真空下50°C干燥24h后，得到所述聚合物。

本發明還提供一種上述聚合物在有機太陽能電池中作為活化層材料的應用。

本發明提供的含吡咯并吡咯二酮基的聚合物，吡咯并吡咯二酮(DPP)可以通過N原子上進行烷基鏈的修飾，當增加連接到DPP的3,6位的噻吩的長度時，吸收范圍變寬，同時帶隙也變小；苯并二噻吩具有易修飾的光物理性質，其共聚合物顯示出了優良的光伏性能；將含吡咯并吡咯二酮基的共聚物應用于太陽能電池中可以解決有機太陽能電池低效率問題；同時，含吡咯并吡咯二酮基的聚合物結構新穎，溶解性能良好，成膜性能優良，可適用于太陽能電池。

上述含吡咯并吡咯二酮基的聚合物的制備方法，采用了較簡單的合成路線，從而減少工藝流程，原材料價廉易得，使得制造成本降低。

附圖說明