[發明專利]含吡咯吲哚并二噻吩-二噻吩并苯并噁二唑共軛聚合物材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310146893.6
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN104119505A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 周明杰;管榕;李滿園
• 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;C09K11/06;H01L51/46;H01L51/54;H01L51/30
• 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領域，具體涉及一種含吡咯吲哚并二噻吩-二噻吩并苯并噁二唑共軛聚合物材料及其制備方法和應用。

背景技術

有機太陽能電池器件具有無機太陽能電池無法比擬的一些優點，如成本低廉，制作工藝簡單，產品重量輕，可大面積柔性制備等優點，因而作為一種具有潛力的可再生能源受到人們的廣泛關注。在過去的十年里，有機太陽能電池器件的性能有了穩步提高，能量轉換效率已接近10%。盡管如此，有機太陽能電池器件的光電轉換效率還是比無機太陽能電池要低很多。因此，要想實現有機太陽能電池器件的商業化，開發新型的有機半導體材料對于提高有機太陽能電池器件的效率具有重要意義。

近年來，由于在共軛聚合物的設計和器件制造工藝上的進步，聚合物太陽能電池的效率已取得很大提高。聚合物太陽能電池未來面臨的挑戰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，實現工業化生產；(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。在半導體聚合物骨架中選擇合適的單體，有利于將聚合物的光吸收范圍拓寬到紅外、近紅外光區。其中的策略之一是在聚合物骨架中引入富電子的給體單元和缺電子的受體單元。通過給受體中這種“推-拉電子”的相互作用，降低共軛聚合物的能隙，使其吸收帶向紅外及近紅外低能波段移動。

苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩是一類很有前途的給體單元，其在有機電子等領域的應用，特別是在有機聚合物太陽能電池方面已得到廣泛研究。目前，吳宏濱等人制得的基于苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩的聚合物倒置太陽能電池，以9.2%的能量轉換效率刷新了聚合物太陽能電池的最高記錄（參考文獻：Nature?Photonics,2012,190）。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。而吡咯吲哚并二噻吩類單元是基于苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩的衍生物，是一類強的電子給體材料。吡咯吲哚并二噻吩類單元在保持苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩很好的對稱性和平面性的同時，增加了單體的共軛程度，有利于載流子的遷移。其中，N-烷基化有利于提高單體的溶解性，從而改善了材料的加工性能。

二噻吩并[3’,2’:3,4;2”,3”:5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噁二唑是在苯并[1,2-b:6,5-b’]二噻吩-4,5-二酮的基礎上衍生的，它與苯并[1,2,5]噁二唑一樣是一種優良的電子受體單元。

發明內容

為克服上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種含吡咯吲哚并二噻吩-二噻吩并苯并噁二唑共軛聚合物材料。本發明還提供了該含吡咯吲哚并二噻吩-二噻吩并苯并噁二唑共軛聚合物材料的制備方法以及其在有機太陽能電池器件、有機電致發光器件或有機場效應晶體管器件中的應用。

第一方面，一種含吡咯吲哚并二噻吩-二噻吩并苯并噁二唑共軛聚合物材料，結構式如P所示：

式中，R₁為C₁～C₁₆的烷基，R₂，R₃為H或C₁～C₁₆的烷基，n為5～60之間的整數。

優選地，所述含吡咯吲哚并二噻吩-二噻吩并苯并噁二唑共軛聚合物材料，包括以下共軛聚合物材料中的一種：

該含吡咯吲哚并二噻吩-二噻吩并苯并噁二唑共軛聚合物材料是一類D-A型共軛聚合物材料，包括強的電子給體單元吡咯吲哚并二噻吩類衍生物與強的電子受體單元二噻吩并[3’,2’:3,4;2”,3”:5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噁二唑；其中，吡咯吲哚并二噻吩類單元有很好的對稱性，平面性和有較高的共軛程度，有利于載流子的遷移，且其N-烷基化有利于提高單體的溶解性，從而改善了材料的加工性能；二噻吩并[3’,2’:3,4;2”,3”:5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噁二唑是一種優良的電子受體單元，其通過與吡咯吲哚并二噻吩類單元的聚合，形成的共軛聚合物具有給受體間“推-拉電子”的相互作用，能降低能隙，從而提高材料的光吸收范圍。

第二方面，本發明還提供了一種含吡咯吲哚并二噻吩-二噻吩并苯并噁二唑共軛聚合物材料的制備方法，包括如下步驟：

制備或提供如下結構式表示的化合物A和化合物B：