[發(fā)明專利]一種含有苯并[c]噌啉的共軛聚合物及其合成方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611102108.7
• 申請(qǐng)日: 2016-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN106589325B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙斌;曾昭魁;黃美華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;C07D409/14;C07F5/02;C07F7/22;H01L51/46
• 代理公司: 北京卓恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 唐曙暉;劉明芳

本發(fā)明公開了一種含有苯并[c]噌啉的共軛聚合物及其合成方法與應(yīng)用。本發(fā)明提及的基于苯并[c]噌啉的共軛聚合物結(jié)構(gòu)式。以本發(fā)明的基于苯并[c]噌啉的共軛聚合物為光敏材料所制備的最常見有機(jī)太陽能電池(OPVs)器件(器件結(jié)構(gòu)為：ITO/PEDOT：PSS/Polymer：PC₇₁BM/LiF/Al)，其開路電壓高，光譜響應(yīng)范圍寬而強(qiáng)，填充因子理想，短路電流密度較大，其能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)7.92％，充分展現(xiàn)了這類聚合物在OPVs中的潛力和良好應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)光伏電池(OPVs)材料和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種共軛聚合物及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)發(fā)展的日新月異，能源問題已經(jīng)成為一個(gè)越來越重要的話題，尤其是以太陽能、風(fēng)能、水能等為代表的清潔能源更是人們探索和研究的焦點(diǎn)。有機(jī)光伏電池(OPVs)是一種利用有機(jī)/聚合物半導(dǎo)體材料作為光活性層將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的器件。與其它類型的太陽能電池相比，OPVs具有的低成本、質(zhì)量輕、制作工藝簡(jiǎn)單、可大規(guī)模印刷及柔性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的商業(yè)應(yīng)用前景。目前有機(jī)太陽能電池的PCE已超過10％，但其光電轉(zhuǎn)化效率距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的要求還有一定的差距。要想進(jìn)一步提高有機(jī)太陽能電池的性能，就必須不斷探索新的結(jié)構(gòu)單元，并以此設(shè)計(jì)并合成新的高性能光伏材料。

苯并[c]噌啉(ZL)是一種含氮雜環(huán)化合物，且共平面性好，基于ZL的聚合物被用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和有機(jī)發(fā)光領(lǐng)域。Jyh-Chien Chen等人將苯并[c]噌啉的雙醛衍生物與苯的雙膦酯進(jìn)行霍納爾-沃茲沃思-埃蒙斯反應(yīng)，成功獲得了具有n-型載流子傳輸特性的聚合物，并制備成有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Synthesis and properties of air-stable n-channel semiconductors based on MEH-PPV derivatives containing benzo[c]cinnoline moieties，Journal of Materials Chemistry C,2014,2,4835-4846)；隨后，他們將苯并[c]噌啉與芴共聚，獲得的聚合物實(shí)現(xiàn)了紫外輻射增強(qiáng)的光致發(fā)光(UV-irradiation-enhanced photoluminescence emission of polyfluorenes containingheterocyclic benzo[c]cinnoline moieties，Macromolecules,2015,48(13),4373–4381)。然而，到目前為止，還未見苯并[c]噌啉在OPVs中的應(yīng)用。本發(fā)明首次將苯并[c]噌啉引入OPVs，同時(shí)，為了增強(qiáng)聚合物的分子間作用力，提高載流子遷移率，降低聚合物的HOMO、LUMO能級(jí)，在苯并[c]噌啉上引入兩個(gè)氟原子，獲得2,9-二氟苯并[c]噌啉共軛單元(DFZL)，基于DFZL的聚合物還未見報(bào)道，用于OPVs光伏材料更是首次。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題，本發(fā)明提供一種基于苯并[c]噌啉的共軛聚合物及其制備方法和在OPVs中的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種含有苯并[c]噌啉的共軛聚合物，具有以下通式(Ⅰ)：

式(Ⅰ)中，X為氫或氟；Ar為含烷基側(cè)鏈的共軛芳環(huán)衍生物；n為5-1000的自然數(shù)。

式(Ⅰ)中Ar為含烷基側(cè)鏈的共軛芳環(huán)衍生物，其結(jié)構(gòu)式如式(Ⅱ)或式(Ⅲ)所示：

式(Ⅱ)和式(Ⅲ)中，R為碳原子數(shù)為4-30的直鏈烷烴或支鏈烷烴；D為富電子共軛結(jié)構(gòu)單元；A為缺電子共軛結(jié)構(gòu)單元。

式(Ⅱ)中的D為富電子的共軛結(jié)構(gòu)單元，其結(jié)構(gòu)如下所列，但并不僅僅限于下式所列：

上述各單元的結(jié)構(gòu)式中，R為碳原子數(shù)為4-30的直鏈烷烴或支鏈烷烴。