[发明专利]含咔唑卟啉-苯共聚物及其制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及有机半导体材料领域，尤其涉及一种含咔唑卟啉-苯共聚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。聚合物材料一方面由于有机材料的环境稳定性好、制备成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性好；另一方面由于有机太阳能电池加工过程相对简单，可低温操作，器件制作成本也较低等优点而备受关注，成为廉价和有吸引力的太阳能电池材料。

卟啉分子是在卟吩环上连有取代基的一类大环化合物的总称，卟吩是由四个吡咯环和四个次甲基桥联起来的单双键交替的平面结构大环离域π电子共轭体系。它们电荷转移和能量转移反应的量子效率较高，具有良好的电子缓冲性和光电磁性，良好的刚柔性和较好热稳定性和环境稳定性。因此，卟啉类有机半导体材料是一类很有前途的材料，其在光伏领域的应用已得到广泛研究。

咔唑是一类良好的空穴传输材料：一方面，由于p-π共轭效应，咔唑上的N原子将未共用电子供给双键，使双键富电子；另一方面，亲电的N原子又通过诱导效应吸收双键上的电子，其中共轭效应大于诱导效应，因此咔唑具有很强的空穴传输能力，这就使其在有机半导体材料方面有很大的潜在应用价值。

然而，传统的含有咔唑或卟啉的有机半导体材料的能量转换效率较低，大大限制了这类材料的应用范围。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能量转化效率较高的含咔唑卟啉-苯共聚物。

一种含咔唑卟啉-苯共聚物，具有以下结构式(III)：

其中，n为1-100间的整数；R₁和R₂为氢或C₁～C₃₂的烷基。

通过引入增加可溶性的基团，例如烷基，可提高聚合物材料的可溶性和成膜性，并可调控咔唑卟啉的吸光范围。因此，上述含咔唑卟啉-苯共聚物具有良好的溶解性、较低的能隙、较宽的光谱吸收范围，有利于载流子在活性层材料内部更为有效地传递，光电转换效率高。

一种含咔唑卟啉-苯共聚物的制备方法，是在无氧环境中，将5，15-二溴-10，20-烷基咔唑卟啉或其衍生物(I)与双硼酸酯苯(II)在在催化剂和溶剂存在条件下进行Suzuki耦合反应，得到含咔唑卟啉-苯共聚物(III)，反应式如下：

其中，n为1-100间的整数；R₁和R₂相同或不相同，为氢或C₁～C₃₂的烷基。

其中，5，15-二溴-10，20-烷基咔唑卟啉与双硼酸酯苯的摩尔比为1∶1.5～1.5∶1；反应温度为50-120℃，反应时间为24～72小时。

其中，催化剂为为有机钯或有机钯与有机磷配体的混合物。其中，有机钯为Pd₂(dba)₃、Pd(OAc)₂、Pd(PPh₃)₄或Pd(PPh₃)₂Cl₂中的至少一种；有机磷配体为三环己基膦或P(o-Tol)₃中的至少一种；有机钯和有机磷配体的摩尔比为1∶2～1∶20。

其中，催化剂的摩尔量为双硼酸酯苯(II)的摩尔量的0.05％～20％。

其中，溶剂为苯、甲苯、乙二醇二甲醚、四氢呋喃中的至少一种。

上述制备方法利用Suzuki反应原理，工艺简单、对设备要求低。

一种有机太阳能电池器件，依次包括玻璃基材、设在玻璃基材上的导电层、涂敷在导电层上的聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)、聚(苯乙烯磺酸)层、涂敷在聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)、聚(苯乙烯磺酸)层上的活性层、沉积在活性层上的金属Al层及用于封装上述各层的环氧树脂。活性层包括电子给体材料和电子受体材料，电子受体材料为[6，6]苯基-C₆₁-丁酸甲酯。电子给体材料为前述的含咔唑卟啉-苯共聚物。

一种有机电致发光器件，依次包括玻璃基材、设在玻璃基材上的导电层、涂敷在导电层上的发光层、蒸镀在发光层上的LiF缓冲层和沉积在LiF缓冲层上的金属Al层。其中，发光层为前述的含咔唑卟啉-苯共聚物。