[发明专利]含噻咯二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物、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，尤其涉及一种含噻咯二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

制备成本低、效能高的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前已商业化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。共聚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具有优越的市场前景。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S Sariciftci,L.Smilowitz,A.J.Heeger,et al.Science,1992,258,1474）上报道共轭共聚物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，人们在共聚物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。目前共聚物太阳能电池的能量转换效率仍然比硅太阳能电池低，原因之一是由于共聚物的载流子迁移率比无机单晶材料的迁移率低了好几个数量级。目前所使用的共轭共聚物光电池材料的吸收光谱与太阳光谱不能很好地匹配，是导致能量转移效率低的另一重要原因。为进一步提高共聚物太阳能电池的性能，一方面可采用具有较宽吸收光谱的极窄带隙共聚物做给体和受体，提高对太阳能的吸收利用，另一方面可采用退火、加入表面活性剂等材料对器件进行优化。

苯并噻二唑单元具有优异的还原可逆性，与镁、铝等金属阴极的功函值非常接近；属于缺电子型芳香环化合物，具有强吸电子能力，是一种优良的受体单元具有较好的电子传输性质，同时还可以调节材料的能隙。

菲由三个六元环并成，所有原子在同一个平面上，具有良好电子空穴传输能力，而且分子的刚性有利于提高材料的热稳定性能，而且菲的9，10位容易修饰，可以利用简便的方法引入供电子基团和受电子基团，调节其供/吸电子性能。因此它在有机发光二极管、有机太阳能电池、场效应晶体管等光电材料中有着广泛的应用。

噻吩是五元环结构，具有适中的能带隙，较宽的光谱响应，较好的热稳定性和成膜性能。因此，噻吩类有机光电材料是一类很有前途的材料，在有机太阳能电池等领域的应用已得到广泛研究。。

然而，同时含噻咯二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物目前仍没有文献和专利报道，这就大限制了它的应用范围。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种含噻咯二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物

本发明的技术方案如下：

一种含噻咯二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物，该共聚物具有如下结构通式：

式中：R₁、R₂、R₃、R₄分别为相同或不相同的C₁~C₂₀的烷基；n为1-100之间的整数。

本发明还提供上述含噻咯二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物的制备方法，包括如下步骤：

惰性氛围下，将摩尔比为1:2的结构式为的化合物A和结构式为的化合物B在第一催化剂和碱溶液存在的第一溶剂中，于100~150℃下进行关环反应2~6小时，制得结构式为的化合物C；

惰性氛围下，将结构式为的化合物D溶于四氢呋喃溶剂中，并置于-78℃条件下再加入正丁基锂，搅拌反应1~2小时；随后加入三丁基氯化锡，继续反应1小时后升至室温反应6小时；得到结构式为的化合物E；其中，所述化合物D与正丁基锂的摩尔量为1:2，三丁基氯化锡与正丁基锂的摩尔量相同；

惰性氛围下，将化合物C与化合物E按照摩尔比1:1.5~1.5:1的比例加入第二催化剂存在的第二溶剂中、于50~120℃下进行Stille耦合反应12~100小时，制得结构式为的含噻咯二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物；

上述式中：R₁、R₂、R₃、R₄分别为相同或不相同的C₁~C₂₀的烷基；n为1-100之间的整数，优选n为40-80之间的整数；

上述工艺制备中，惰性氛围，包括氮气氛围、氩气氛围或氮气和氩气组成的混合氛围等。

所述制备方法，其中，所述化合物A是采用如下步骤制得：

将结构式为的化合物I加入二氯亚砜中，搅拌并往二氯亚砜中滴加吡啶，于85℃下回流反应，制得结构式为的化合物F；