[發明專利]基于3-氰基噻吩的p-型共軛聚合物及其制備方法與光伏應用

有效

• 申請號: 202011488805.7
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112661942B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 段春暉;袁熙越;曹鏞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H10K30/50;H10K85/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明屬于有機光電技術領域，具體涉及基于3?氰基噻吩的p?型共軛聚合物及其制備方法與光伏應用。本發明方法為：將含3?氰基噻吩的噻吩單元單體、含共軛單元Ar的單體混合，在催化劑的催化下進行聚合反應，純化得到所述含3?氰基噻吩的p?型共軛聚合物。本發明在噻吩的3位引入強吸電子基團CN，能保證聚合物具有較深分子軌道能級。更重要的是，基于3?氰基噻吩及其衍生物的p?型共軛聚合物，具有合成簡單、結構易于修飾、便于衍生化合物制備等優點。基于以上優勢，3?氰基噻吩有望成為一類重要的有機半導體材料結構砌塊，用于構筑高性能、新功能的有機光電材料。

技術領域

本發明涉及有機光電材料技術領域，尤其涉及一種基于3-氰基噻吩及其衍生物的有機光電材料的制備及使用該衍生物的有機光伏器件。

背景技術

有機光電材料具有π共軛的分子結構和優異的電子離域性能，多樣化的結構組成和性能調節空間，能夠通過不同給受體單元的組合調節材料的吸光性能、光學帶隙、軌道能級等。隨著有機電子產業的興起和蓬勃發展，有機光電材料在有機電致發光二極管、有機太陽能電池、有機場效應晶體管、有機激光器和化學傳感器等領域應用廣泛，由于其重要的科學研究價值和廣闊的商業應用前景，目前已成為材料科學中一個快速增長的領域。探索和開發性能更優的有機光電材料是科研人員目前亟待解決的問題。

噻吩及其衍生物是構筑有機光電材料的重要砌塊，是有機光電材料π橋和中心砌塊的主要組成部分，具有結構簡單、易于合成等顯著優勢。但是，為了改善光電材料的光吸收能力，或調節其能級、提高其溶解性等，通常需要對噻吩結構進行化學修飾。氰基作為一類強吸電子基團，常用于降低有機半導體的分子能級。此外，氰基還具有誘導分子聚集、促進結晶等功能，在調控光伏器件活性層形貌方面影響顯著。更重要的是，相比于噻吩3位引入氟、酯基等吸電子基團的反應，3-氰基噻吩的合成更為容易，使其在設計具有商業化應用前景的有機光電材料方面更具優勢。

發明內容

本發明的首要目的是為了提供基于3-氰基噻吩的p-型共軛聚合物，該類材料具有合成簡單、產率較高、便于衍生化合物制備等優點。

本發明的另一目的是在于提供上述基于3-氰基噻吩有機光電材料的制備方法。

本發明的再一目的是提供上述基于3-氰基噻吩的有機光電材料的應用。這類材料可以在有機太陽能電池領域得到廣泛的應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

本發明提供了一類基于3-氰基噻吩的有機光電材料，其結構式為如下：

3-氰基噻吩，其特征在于，如下所示：

一種基于3-氰基噻吩及其衍生物的p-型共軛聚合物，其特征在于，如式(II)示出：

其中，R1-R2獨立的選自氫、鹵素原子、具有1-30個碳原子的烷基、具有1-30個碳原子的烷氧基、酯基、芳基、芳烷基、鹵代烷基、雜烷基、烯基、單鍵、雙鍵、三鍵或其組合的取代基取代的芳基中的任意一種；

Ar選自下述任一種基團：

1)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃或取代或未取代的硒吩；

2)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃和取代或未取代的硒吩中任意至少兩個基團之間直接或通過橋連原子構筑的芳香稠環；所述的至少兩個基團中的基團兩兩之間可以相同或不同；