[发明专利]含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚合物、其制备方法及其应用，更具体地说，涉及一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物、制备方法及其应用。

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其具有原料价格低廉、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PTB7与PC₇₁BM共混体系的能量转化效率已经达到7.4％(Y.Liang et al.，Adv.Mater.；DOI：10.1002/adma.200903528)，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制聚合物太阳能电池光电转换效率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。

萘酰亚胺及其衍生物是材料和超分子化学领域的一类重要化合物，萘酰亚胺衍生物具有独特的结构特点和多样化的性能，具有n型半导体特性，在有机太阳能电池等多个领域均表现出广阔的应用前景。但是，由于萘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，由于萘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，针对现有技术中萘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还不够高、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、工艺要求低的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物的制备方法。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物在有机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和有机激光器件制造中的应用。

为达成上述目的，依据本发明，提供一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物，其为以下通式的化合物：

其中，R₁、R₂选自H、C₁～C₂₀的烷基、苯基或带有C₁～C₂₀烷氧基的取代苯基，R₃、R₄选自C₁～C₂₀的烷基或烷氧基，n为1～100的整数。其中，n优选为9～50的整数。

本发明所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物，优选地，所述R₁、R₂选自H、C₁～C₁₂的烷基或苯基。

本发明所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物，优选地，所述R₃、R₄选自C₁～C₁₂的烷基或烷氧基。