[發(fā)明專利]一種含丙二腈-二噻吩并吡咯-苯并二噻吩共聚物及其制備方法與應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310079828.6
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN104045815A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設計）人: 周明杰;管榕;李滿園
• 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，特別是涉及一種含丙二腈-二噻吩并吡咯-苯并二噻吩共聚物及其制備方法與應用。

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(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。

聚合物太陽能電池未來面臨的挑戰(zhàn)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(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；(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。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種含丙二腈-二噻吩并吡咯-苯并二噻吩共聚物，該共聚物中含有4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩類衍生物、二噻吩并吡咯單元和丙二腈單元，將4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩類衍生物與二噻吩并吡咯給體單元作為聚合物主鏈，而將丙二腈類染料作為受體單元掛接在側(cè)鏈上，通過主鏈與側(cè)鏈給受體中這種“推-拉電子”的相互作用，加上主側(cè)鏈間形成的二維共軛體系，同時降低了共軛聚合物的能隙，大大提高了材料的光吸收范圍。本發(fā)明的目的還在于提供上述丙二腈-二噻吩并吡咯-苯并二噻吩共聚物的制備方法及應用。

第一方面，本發(fā)明提供一種含丙二腈-二噻吩并吡咯-苯并二噻吩共聚物，為具有如下結(jié)構(gòu)式的共聚物P：

式中，R為H、C₁～C₁₆的直鏈或支鏈的烷基或C₁～C₁₆的直鏈或支鏈的烷基巰基，n為5～60之間的整數(shù)。

苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩是一類很有前途的電子給體單元，其在有機電子等領(lǐng)域的應用，特別是在有機聚合物太陽能電池方面已得到廣泛研究。由于苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩類單體具有很好的對稱性和平面性，因此基于它的聚合物具有良好的載流子遷移率。而4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩類衍生物是在苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-4,8-二酮的4，8位引入1,3-二硫醇-2-醛類衍生物。1,3-二硫醇-2-醛類衍生物作為一類良好的電子給體材料，它的引入進一步加強了苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩類衍生物的給電子性能。因此，正是由于4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩類衍生物本身具有的電子和幾何特性，它將作為優(yōu)良的給體單元擴大了在聚合物太陽能電池中的應用。

將4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩類衍生物與二噻吩并吡咯給體單元作為聚合物主鏈，而將丙二腈類染料作為受體單元掛接在側(cè)鏈上，通過主鏈與側(cè)鏈給受體中這種“推-拉電子”的相互作用，加上主側(cè)鏈間形成的二維共軛體系，同時降低了共軛聚合物的能隙，大大提高了材料的光吸收范圍。

第二方面，本發(fā)明提供一種含丙二腈-二噻吩并吡咯-苯并二噻吩共聚物的制備方法，包括以下操作步驟：

（1）制備聚合物B;

分別提供如下結(jié)構(gòu)式表示的化合物A和化合物g：

式中，R為H、C₁～C₁₆的直鏈或支鏈的烷基或C₁～C₁₆的直鏈或支鏈的烷基巰基；

在惰性氣體氛圍中，將摩爾比為1:1～1.5:1的化合物A和化合物g加入第一有機溶劑中溶解，然后加入催化劑形成混合液，該混合液在60～120℃進行Stille耦合反應24～72小時，停止反應后，分離純化得到聚合物B，該聚合物B的結(jié)構(gòu)式如下：