[發明專利]硫、硒、碲羰基的共軛齊聚物及聚合物及其合成方法及應用

在審

• 申請號: 201811247835.1
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109535394A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 許翔飛;張陽黔;王航
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/30;H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及含硫、硒、碲羰基的共軛齊聚物及聚合物的合成方法及應用，分子通式結構為：合成的基硫、硒、碲羰基的共軛齊聚物及聚合物溶液加工性好，易溶于氯仿、四氫呋喃和氯苯等有機溶劑、熱穩定性好，起始熱分解溫度超過300℃；合成容易，產率較高，可采用直接芳基化反應，避免使用了有機錫和丁基鋰等高毒性或高易燃易爆性試劑；吸光性好，光吸收范圍覆蓋300～1000nm，帶隙較窄。

技術領域

本發明屬于有機光電領域，具體涉及一類含硫、硒、碲羰基的共軛齊聚物及聚合物的制備方法，以及該共軛聚合物作為活性層材料在有機光電子器件如聚合物太陽能電池、有機場效應晶體管和有機發光二極管中的應用。

背景技術

目前已商業使用的太陽能電池多為無機太陽能電池，如采用硅或稀有金屬合金等無機材料制成的太陽能電池板實現光電轉換，雖然無機太陽能電池有高效率、長壽命的優點，但無機半導體材料昂貴、制備工藝復雜、制備過程為高能耗、高污染性等因素卻始終限制其大規模應用。要使太陽能電池發電得到大規模推廣并做到環境友好型制備，就必須找到更廉價的太陽能電池材料。有機太陽能電池是20世紀90年代發展起來的新一代太陽能電池材料，它由正負電極之間有機聚合物受體和給體材料薄膜異質結或共混在一起形成本體異質結組成。與無機太陽能電池相比，有機太陽能電池具有重量輕、低成本、超薄、可溶液加工、制作工藝簡單、可制備大面積柔性器件等突出優點，具有非常重要的發展和應用前景，已成為當今新材料和新能源領域最富有生機活力的研究前沿之一。

盡管20年來有機太陽能電池已經取得了長足的發展和進步，但里市場化還有很長的距離，面臨的關鍵問題是光電轉化效率、穩定性和壽命。目前實驗室階段世界上固態太陽能電池在白光下最高能量轉化效率已有12％左右，比無機太陽能電池要低很多，差距很大，從材料角度分析，光電轉化效率低的主要原因有兩點：(1)有機半導體材料吸收偏窄，包括經典的聚合物材料聚3-己基噻吩(P3HT)在內的絕大部分材料的吸收波段在350～650納米，而太陽光最大光子流在600～800納米，因此目前常用有機半導體材料的吸收光譜與太陽發射光譜不匹配，太陽光利用率低；(2)有機半導體材料的載流子遷移率低，絕大部分常用的材料如P3HT，MEH-PPV和CN-PPV等的遷移率，特別是電子遷移率低于10^-4cm²V^-1s^-1，這樣激子經電荷分離后產生的載流子不能快速有效地傳輸到電極形成電流，容易復合。

近年來，國際上幾個研究小組把酰亞胺單元引入聚合物主鏈。1986年，C.W.Tang等人報道了第一個基于苝酰亞胺受體和酞菁銅給體的雙層異質結結構的有機太陽能電池，器件能量轉換效率達到0.95％。目前，有些課題組致力于硫代酰亞胺(羰基氧換硫)的研究，然后再把硫代酰亞胺(羰基氧換硫)單元引入聚合物主鏈，由于硫代酰亞胺(羰基氧換硫)比羰基氧酰亞胺具有較多的硫原子，它的分子間相互作用和π堆積更強，因此從理論上可以預見它們的聚合物的遷移率比P3HT更高。用這些聚合物構筑的場效應晶體管(OFET)遷移率高達0.1～0.7cm²V^-1s^-1，比P3HT高2～3個數量級。另外，硫代酰亞胺(羰基氧換硫)比羰基氧酰亞胺具有更大的共軛性和電子離域性，與P3HT相比，基于硫代酰亞胺(羰基氧換硫)的聚合物的吸收會紅移到紅外區，從而與太陽光發射光譜匹配。文獻報道硫代酰亞胺(羰基氧換硫)聚合物的最大吸收波長為720nm，比P3HT紅移150nm，用它與PCBM共混制備的太陽能電池效率達3.2％，比同等條件下的P3HT高。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的是提供含硫羰基的共軛齊聚物及聚合物及合成方法和應用，它具有優異太陽光捕獲能力和空穴傳輸能力，該類共軛聚合物溶液加工性、熱穩定性、電荷傳輸性、吸光性好，是有機電子器件如太陽能電池、場效應晶體管和發光二極管中理想的有機半導體材料。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案，硫、硒、碲羰基的共軛齊聚物及聚合物，其特征在于，具有以下通式結構：