[发明专利]苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机化合物合成技术领域，具体的说是涉及一种苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。聚合物太阳能电池因为原料价格低廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优点而备受关注，如果能够将其能量转化效率提高到接近商品硅太阳能电池的水平，其市场前景将是非常巨大的。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE(N.S Sariciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，et al.Science，1992，258，1474)上报道共轭聚合物与C60之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。目前，聚合物太阳能电池的研究主要集中于给体-受体共混体系，采用PCPDTBT与PCBM共混体系的能量转化效率已经达到6.5％(Jin Young Kim，etal.Science 2007，317，222)，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体器件相对较低的载流子迁移率，器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利用以及载流子的电极收集效率低等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物，该有机物溶解性好，吸光度强，吸收范围宽，可延伸至近红外区，提高了其对太阳光的利用率。

本发明的另一目的在于提供一种苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物的制备方法。

本发明进一步的目的在于提供一种苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物在聚合物太阳能电池、有机电致发光、有机场效应晶体管、有机光存储、有机非线性材料或/和有机激光领域中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物，其通式为下述(I)：

其中，x+y＝1，x≠0，y≠0；n为1～200之间的整数；R₁、R₂、R₃为相同或不相同的基团，该基团选自的-H、C₁～C₂₀的烷基、烷氧基、烷氧基苯或苯基；R₄为C₁～C₂₀的烷基、烷氧基；R₅、R₆为C₁～C₂₀的烷基、烷氧基、烷氧基苯。

本发明所述的苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物的制备方法，该方法包括如下工艺步骤：

1)将1，7-二溴-3，4，9，10-苝四酸酐与3，4，5-三烷氧基-1-胺基苯有机反应溶剂反应得苝四羧酸二酰亚胺二溴代物单体；

2)在无氧条件下，将步骤(1)制备的苝四羧酸二酰亚胺二溴代物单体和4，7-二噻吩-2，1，3-苯并噻二唑二溴代物、N-烷基-咔唑的双硼酸酯在有机反应溶剂中进行聚合反应得苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物。

本发明所述的苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物在聚合物太阳能电池、有机电致发光、有机场效应晶体管、有机光存储、有机非线性材料或/和有机激光领域中的应用。

本发明与现有技术相比具备以下优点：

1.在苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物“bay”位置引入取代基，并通过苝四羧酸二酰亚胺单体与其他单体共聚而成，显著改善了其溶解性；

2.在苝四羧酸二酰亚胺-咔唑-二噻吩基苯并噻二唑共轭聚合物分子中引入苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物，增强了共轭聚合物在可见光区域吸光能力和电子亲和能(较低的LUMO能级)，提高了对光、热和环境稳定性，并且由于其共轭大π键之间的π-π堆叠，使本发明共轭聚合物还具有很高的电子迁移率；