[发明专利]含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物、其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机材料技术领域，具体涉及一种含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物、其制备方法和应用。

背景技术

当今世界经济主要是建立在以化石能源，如煤炭、石油和天然气等基础之上的经济。然而，这些不可再生的化石能源都在不断的枯竭。进入21世纪以来，全球性的能源问题以及随之而来的环境污染和气候变暖等问题日益凸现和逐渐加剧。由于太阳能具有分布普遍和广阔，资源数量多，无污染，清洁，安全以及获取方便等突出优点，被认为是最有希望的可再生能源之一。

为充分利用太阳光照射的能量，人们不断开发出能够吸收太阳光的新型材料，其中无机半导体材料获得较为广泛的发展和应用，例如目前用于地面的硅晶电池，然而由于其生产工艺复杂、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替代的有机光电材料。

近年来，越来越多的研究集中在有机太阳能电池等光电器件上应用的有机光电材料。有机太阳能电池是一种新型的太阳能电池，有机太阳能电池将太阳光能转化成电能，相对于无机半导体材料来源有限、价格昂贵、有毒、制备工艺复杂、成本太高等而言，它具有无机太阳能电池无法比拟的一些优点，如材料来源广泛、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等，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。因此，国内外众多的研究机构和企业等都给予了相当的关注和投入。然而，到目前为止，有机太阳能电池的光电转换效率比无机太阳能电池还是要低很多。因此，开发新型的有机光电材料对于提高有机太阳能电池及其它半导体器件的效率具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，提供一种光谱响应宽、光电转换效率高的含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物，以及一种合成路线简单、产率高的含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物制备方法。

本发明实施例还提供上述含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物的应用。

一种含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物，其为如下结构式(I)表示的聚合物：

式中：R₁、R₂、R₃选自C₁-C₂₀的烷基；n为1-100的整数。

一种含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物制备方法，其包括如下步骤：提供如下结构式表示的化合物A、B，

式中：R₁、R₂、R₃选自C₁-C₂₀的烷基；

在有机溶剂中，将化合物B与溴化剂进行溴化反应，得到二溴产物；

在催化剂、碱溶液和有机溶剂中，将化合物A与二溴产物与进行Suzuki反应，获得如下结构式(I)表示的含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物：

式中n为1-100的整数。

以及，上述含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物在太阳能电池器件、有机场效应晶体管、有机电致发光器件、有机光存储器件或有机激光器件中的应用。

在上述含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物中，具有硅芴单元和噻吩吡咯二酮单元，硅芴单元具备优异的给体材料特性，噻吩吡咯二酮单元具有结构简单、对称，电子离域性能好的优点，且具有平面结构，具备非常优异的受体材料特性，通过将硅芴单元和噻吩吡咯二酮单元有机结合在一起，构成的聚合物能够形成一种很强的给体-受体结构，一方面有利于提高了共聚物材料的稳定性，另一方面，两者结合能将共聚物的吸收带边沿推向红光及近红外区，以更好的匹配太阳光的发射光谱，并有利地降低材料的能带隙，扩大太阳光吸收范围，提高光电转化效率。在上述含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物制备方法中，采用较简单的合成路线，可简化工艺，且Suzuki反应产率高、易于控制，易通过引入烷基提高产物的溶解性和分子量，以实现可旋涂的聚合物或可旋涂的寡聚物。上述含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物应用于太阳能电池器件、有机场效应晶体管、有机电致发光器件、有机光存储器件或有机激光器件中时，可提高其光电或半导体相关性能，并能减轻器件的质量，且便于大批量的制备。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物制备方法流程图；

图2是采用本发明实施例的含硅芴和噻吩吡咯二酮单元的共聚物的太阳能电池器件结构示意图；