[发明专利]含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚合物材料、制备方法及其应用。尤其涉及一种含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物、制备方法及应用，含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物可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、有机非线性材料和有机激光等领域中应用。

背景技术

由于太阳能具有分布普遍和广阔、资源数量多、清洁无污染、安全以及获取方便等突出优点，是目前最有发展前景的可再生能源之一。太阳能电池可直接把太阳光能转化成电能，是利用太阳能切实可行的有效方法。然而，目前商品化的太阳能电池还局限于硅基等无机太阳能电池，无机太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，普及及使用范围受到限制。

聚合物太阳能电池是一种新型的太阳能电池，相对于无机太阳能电池所采用的半导体材料来讲，克服了来源有限、价格昂贵、有毒、制备工艺复杂、成本太高等缺陷，而具有材料来源广泛、结构多样性和可调控性、成本低廉、安全环保、制作工艺简单、产品重量轻、可大面积柔性制备等优点，可以广泛应用在建筑、照明和发电等多种领域，具有重要的发展和应用前景。然而，到目前为止，聚合物太阳能电池的光电转换效率远远低于无机太阳能电池。限制其 性能提高的主要制约因素有：有机半导体器件具有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。

苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物具有大的共苯环平面结构和两个亚胺环结构，在可见光区域有很强的吸收，具有较高的光、热和环境稳定性，具有较高电子亲和能(较低的LUMO能级)，并且由于其共轭大π键之间的π-π堆叠使沿堆叠方向具有很高的电子迁移率，因此，它在聚合物太阳电池等多种领域都显现出广阔的应用前景。但是，由于苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物含有大的平面共轭体系和良好的分子共平面性，分子间大π键的相互作用很强，具有较大的晶格能，因而其溶解性较差，成膜加工性能较差，导致制备的器件很容易发生相分离问题，影响激子扩散的效率，从而导致能量的损失。另外，由于苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物的吸收光谱主要集中在可见区，吸收范围还不够宽，与太阳光的发射光谱匹配度还不够高，不能有效地利用太阳光，也会降低有机太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物溶解性较差、成膜加工性能较差，并且其与太阳光的发射光谱匹配度不够高、不能有效地利用太阳光的缺陷，提供一种溶解性好、吸光度强、具有优良的电荷传输性能的含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物。该共聚物的吸收范围可延伸至近红外区，能提高对太阳光的利用率。

本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种合成路线简单、工艺要求低的含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物的制备方法。

本发明还要解决的技术问题在于，含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物在聚合物太阳能电池器件制造、有机场效应晶体管制造、有机电致发光器件制造、有机光存储器件制造、有机非线性材料制造或有机激光器件制造中的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，是以下通式化合物：

其中，n为1～100的整数；R₁、R₂、R₃选自氢、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、苯基或取代苯基；R₄、R₅选自C₁～C₂₀的烷基或C₁～C₂₀的烷氧基。

含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物中，所述n优选为8～50的整数。

含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物中，所述R₁、R₂、R₃优选选自氢、C₁～C₁₂的烷基、C₁～C₁₂的烷氧基、苯基或取代苯基。

含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物中，所述R₄、R₅优选选自C₁～C₁₂的烷基或C₁～C₁₂的烷氧基。