[發明專利]一種半導體共軛聚合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201310542474.4
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103626975A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 張國兵;郭景華;張捷;李朋;呂國強
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及的是一種可溶液加工的聚合物半導體材料，具體的是一種基于二維共軛苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮的半導體共軛聚合物及其制備。聚合物具有低的LUMO能級，吸收峰延伸覆蓋可見光，并延伸至近紅外區域。本發明的聚合物可代替富勒烯衍生物（PCBM），增加光吸收，應用于有機光伏領域。

背景技術

近年來，有機光伏因其具有突出的優點，如成本低，重量輕，可溶液處理等成為研究的熱點，是將來利用可再生能源的一個重要部分。本體異質結（BHJ）是目前有機光伏使用的最基本的器件結構，它是使用有機材料如共軛聚合物作為電子給體材料，以PCBM作為電子受體材料。富勒烯是由碳原子組成的球狀分子，經過改性后的富勒烯衍生物PCBM具有較好的溶解性，由于共軛聚合物與富勒烯衍生物之間存在超快的電荷轉移，并且富勒烯衍生物材料具有高的電子遷移率（2×10^-3cm².V^-1.s^-1），在電子給體與PCBM界面，被PCBM接受的電子可以快速高效的由單線態轉移到三線態，防止了電子再由PCBM回傳到給體的逆過程，從而使電荷轉移效率接近100%。目前，幾乎所有的高性能有機光伏電池都是以PCBM材料為受體材料，但是PCBM作為有機光伏受體材料也有明顯的缺點，首先，PCBM與有機材料的相容性較差，容易造成聚合物與PCBM形成大尺度的相分離，影響有機光伏性能；其次，PCBM在可見光區域吸收較弱，在近紅外區域基本沒有吸收，這就造成給體材料要承擔對太陽光子的有效吸收，PCBM的吸收較弱直接影響了器件的電流，從而影響器件性能；最后，PCBM價格昂貴，使用成本高。因此開發PCBM的替代材料意義重大，其中合成低最低未占軌道（LUMO）能級的共軛聚合物代替PCBM應用于本體異質結器件中發展全聚合物太陽能電池能彌補PCBM帶來的不利缺點：首先共軛聚合物在可見光甚至到近紅外區域有高的吸收系數，能有效吸收太陽光子能量；其次共軛聚合物通過改變自身結構可以調節最低未占軌道(LUMO)和最高占有軌道（HOMO）能級；最后聚合物成膜性能好，原料來源廣泛且成本低，同時還可以通過改變聚合物自身的側鏈來調節體系的溶解度和相分離程度。

因此，本發明著力解決PCBM在有機光伏應用中的缺點，提供了一種低LUMO能級的聚合物，此聚合物吸收峰覆蓋可見光，甚至延伸至近紅外區域，可代替PCBM應用于有機光伏受體材料。

發明內容

本發明目的是為了提供一種應用于有機光伏受體材料領域的半導體聚合物及其制備。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于二維共軛苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮的半導體共軛聚合物，所述共軛聚合物的結構式為：

其中，R₁為C₈-C₂₀烷烴鏈，R₂為C₈-C₂₄烷烴鏈，n≥1。

一種基于二維共軛苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮的半導體共軛聚合物，所述的R1烷烴鏈可選擇C₈-C₁₂的支鏈或者C₈-C₂₀的支鏈烷烴。

一種基于二維共軛苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮的半導體共軛聚合物的制備方法，包括以下步驟：

以二維共軛二噻吩雙錫單體，以（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮雙溴單體為原料，采用Stille交叉偶聯反應得到所述的半導體共軛聚合物。

一種基于二維共軛苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮的半導體共軛聚合物制備方法，所獲得的半導體共軛聚合物的反應是在以三（二亞芐基丙酮）二鈀為催化劑，三（鄰甲基苯基）磷為配體的體系下聚合得到的。

一種基于二維共軛苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮的半導體共軛聚合物制備方法，所述的交叉偶聯反應溫度為80-130oC。

一種基于二維共軛苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮的半導體共軛聚合物制備方法，所述交叉偶聯反應時間為6-72小時。