[發(fā)明專利]一種帶噻吩側(cè)鏈的萘并二噻吩類二維共軛聚合物、制備方法及其用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410131023.6
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103897156A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏志祥;祝向偉;呂琨;房進(jìn)
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C08L65/00;C08K5/101;C07F7/22;H01L51/46
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種帶噻吩側(cè)鏈的萘并二噻吩類二維共軛聚合物、制備方法及其用途，具體涉及一種5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物、制備方法及其在光電領(lǐng)域中的應(yīng)用。?

背景技術(shù)

近年來，有機(jī)太陽能電池，特別是基于聚合物薄膜太陽能電池的研究引起了學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界廣泛的關(guān)注，這類電池有著無機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池所無法比擬的優(yōu)點，如成本低、重量輕、制備工藝簡單、可制備成柔性器件等，呈現(xiàn)出了可觀的研究和應(yīng)用前景。通過對聚合物分子能級、吸收光譜以及堆積方式的調(diào)控，再加上對聚合物太陽能電池器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，聚合物薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破了10%（J.B.You,L.T.Dou,K.Yoshimura,T.Kato,K.Ohya,T.Moriarty,K.Emery,C.C.Chen,J.Gao,G.Li,Y.Yang,Nat.Commun.2013,4,1446.），這一結(jié)果進(jìn)一步激發(fā)了人們設(shè)計、合成新型高效率聚合物給體材料及不斷優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)的研究熱情。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型的5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物，其具有優(yōu)異的光電性能，是一種非常具有商業(yè)化應(yīng)用前景的給體材料。?

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：?

一種5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物，其具有如式（I）所示的結(jié)構(gòu)：?

式中，R₁為取代或未取代的碳原子數(shù)為8到20的直鏈或支鏈的烷基；R₂和R₃均獨(dú)立地選自氫或者取代或未取代的碳原子數(shù)為6到20的直鏈或支鏈的烷基；Ar選自取代的含有至少兩個環(huán)的雜亞芳基；m代表聚合物中噻吩π橋的重復(fù)單元個數(shù)，為0或者1；n代表聚合物的重復(fù)單元數(shù)，其為1～10000之間的自然數(shù)。?

5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物作為聚合物給體材料，通過在萘環(huán)兩側(cè)橫向擴(kuò)展出兩個噻吩單元形成一個剛性、大平面的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步擴(kuò)大了聚合物分子的有效共軛面積，從而增強(qiáng)了聚合物分子間的π-π相互作用，有利于提高聚合物分子間的電荷傳輸性能。此外，通過在萘環(huán)兩側(cè)縱向引出帶有烷基鏈的噻吩基團(tuán)，一方面，使得聚合物分子在四氫呋喃、氯仿、氯苯和鄰二氯苯等常用有機(jī)溶劑中具有了良好的溶解性，有利于聚合物太陽能電池器件中薄膜的制備；另一方面，使得聚合物分子形成了一種二維共軛結(jié)構(gòu)，既有利于改善聚合物分子的吸收光譜，又有利于提高聚合物分子間的電荷遷移率。因此，5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物是一類具有良好的光電性能，且非常具有商業(yè)化應(yīng)用前景的給體材料。?

優(yōu)選地，所述Ar選自如下基團(tuán)中的任意一種：?

其中，R為取代或未取代的碳原子數(shù)為8到20的直鏈或支鏈的烷基。?

示例性的5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物具有式（Ⅱ）所示的結(jié)構(gòu)：?

式中，R₁、Ar以及n的限定同式（I）。?

示例性的5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物具有式（Ⅲ）所示的結(jié)構(gòu)：?

R₁、R₂、Ar以及n的限定同式（I）。?

示例性的5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物具有式（Ⅳ）所示的結(jié)構(gòu)：?

R₁、R₃、Ar以及n的限定同式（I）。?

通常，所述共軛聚合物的數(shù)均分子量為5000～1000000，優(yōu)選數(shù)均分子量為10000～500000，進(jìn)一步優(yōu)選數(shù)均分子量為20000～300000。?

本發(fā)明制備的共軛聚合物的分散度較小，PDI具體可為1.3～2.0，例如1.30、1.91或1.99等。?

本發(fā)明的目的之二在于提供一種如上所述的5,10-雙(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩類二維共軛聚合物的制備方法，所述方法包括如下步驟：?