[发明专利]氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子领域，具体涉及一种氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物。

背景技术

随着社会经济的快速发展以及人口的迅速增长，导致了能源紧缺。解决能源危机已迫在眉睫，开发可再生的新能源来代替煤和石油成为当前研究的热点。太阳能作为未来能源的主力军，其利用、开发受到了国际社会的广泛关注。一种将太阳能转化为电能的光伏器件－聚合物太阳能电池随之出现，该类电池由于成本低、制备过程简单、重量轻和可制备成柔性器件等突出特点，近年来成为国内外研究热点，当前该领域研究的焦点是开发高效的共轭聚合物给体和受体材料。目前受体材料基本确定为富勒烯的衍生物（如PCBM等）。就给体材料而言，材料的吸收光谱决定了器件的短路电流，材料的HOMO能级决定了器件的开路电压，材料的结构和载流子迁移率决定了器件的填充因子。为了获得良好性能的给体聚合物材料，将给电单元（D）与缺电单元（A）交替引入共轭聚合物的主链形成的D-A-D型聚合物成为目前给体聚合物研究的重点。

喹喔啉及其衍生物含有两个缺电氮原子，被作为一类新型的缺电单元近年来备受关注并取得良好的结果，例如曹镛等合成PECz-DTQX，与PCBM共混的光电转化效率达到6.07%[先进材料Adv.Mater.2011,23(27),3086-3089]。由于材料的HOMO能级可以直接影响器件的开路电压，进而影响光电转换效率，所以近年来，氟原子作为周期表中电负性最强的，体积较小的原子常被引入到缺电单元中来降低材料的HOMO能级，并取得了显著效果。例如Yu luping等人合成PTB5的HOMO能级为-5.01ev，引入氟原子后PTB4的HOMO能级降低为-5.12ev，开路电压由0.66V升至0.74V[美国化学会志J.Am.Chem.Soc.2009,131,7792-7799]。You Wei等合成PBnDT-HTAZ的HOMO能级为-5.29eV，引入氟原子后(PBnDT-FTAZ)的HOMO能级降为-5.36ev，开路电压由0.68V提升到0.76V，[J.Am.Chem.Soc.2011,133(12),4625-4631]。文献报道的TQ1[先进材料Adv.Mater.2010,22(46),5240-5244]的HOMO能级为-5.7ev，开路电压为0.89V，光电转换效率达6.0％，鉴于以上所述氟原子对材料性能的影响及相关理论基础研究，在喹喔啉这种缺电子单元上引入氟原子制备新型的含氟D-A-D型给体聚合物有望进一步降低HOMO能级，提升开路电压，从而提高器件光伏性能，但是迄今还未见有关此类材料的制备方法及其应用于光伏电池中的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是开发一种新型的含有氟代喹喔啉的D-A-D型给体聚合物材料，满足聚合物光伏电池光活化层电子给体材料的需要。

本发明的另一个目的是利用氟原子的吸电子特性，降低聚合物材料的HOMO能级，进而提升光伏电池的开路电压。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物，其结构通式如式Ⅰ所示：

式中，R₁是H或F原子；R₂是间位或对位碳原子数为4到20的直链或支链的烷氧基苯基，或者是碳原子数为4到20的直链或支链的2-烷基噻吩基或2,3-二烷基噻吩基。

本发明还具有如下技术特点：

所述的氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物的结构如式Ⅱ所示：

所述的氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物的结构如式Ⅲ所示：

所述的氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物的结构如式Ⅳ所示：

所述的氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物的结构如式Ⅴ所示：

所述的氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物的结构如式Ⅵ所示：

所述的氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物的结构如式Ⅶ所示：

所述的氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物制备聚合物用于制备聚合物光伏电池的应用。

为了实现上述目的，本发明公开的氟代喹喔啉与噻吩的共轭聚合物，按照如如下所示的反应历程进行：

具体的合成步骤如下：

（1）缺电单元含氟喹喔啉及其衍生物的制备