[发明专利]双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物。

背景技术

能源问题备受关注，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的无污染洁净能源，是未来最有希望的能源之一。将太阳能直接转换为电能和热能造福于人类一直是科学家的追求目标，目前研究和应用最广泛的太阳电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅系列电池，然而硅电池原料成本高，生产工艺复杂，限制了它的更广泛使用。开发低成本太阳电池的有效途径之一就是从材料入手,寻找廉价、环境稳定性高、具有良好光伏效应的新型太阳电池材料。有机聚合物材料以其原料易得,廉价,制备工艺简单,环境稳定性高,良好的光伏效应等优点,日益被人们所重视，科研工作者对各种各样的有机高聚物进行了广泛研究,并取得了不少新的进展。为了获得良好性能的聚合物材料，将富电子单元（D）与缺电子单元（A）交替引入共轭聚合物的主链形成的给-受体（D-A-D）型聚合物成为目前作为电子给体材料的聚合物研究的重点。

最近，研究者设计合成了一种基于喹喔啉的给-受体型共聚物，具有较好的转换效率。曹镛等合成PECz-DTQX，与PCBM共混的光电转换效率达到6.07%[Adv.Mater.2011,23（27）,3086-3089]。氟原子的吸电子特性常被引入材料缺电单元中，降低给体材料的HOMO能级。Yu Luping等合成聚合物PTB5的HOMO能级为-5.01ev，引入氟原子后聚合物的HOMO能级降低为-5.12ev，其开路电压提升了0.08V（L.Yu,et al.J.Am.Chem.Soc.2009,131,7792-7799），氟原子的拉电子特性很好的体现出来。鉴于以上所述氟原子对材料性能的影响，在喹喔啉这种缺电子单元上引入氟原子制备新型的含氟给-受体型聚合物有望进一步降低HOMO，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及其应用于聚合物光伏电池中的报道。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的一个目的在于，提供双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物，以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将得到的双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物用于制备聚合物光伏电池的应用，利用氟原子的拉电子特性，降低聚合物材料的HOMO能级，进而提升聚合物光伏电池的开路电压。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物，其特征在于，其结构通式如式I所示：

式中，R₁＝H或F；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；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；R₃是氢原子或碳原子数为1到20的直链或支链的烷基。

本发明提供一种优选的双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物A，其结构如式Ⅱ所示：

本发明提供另一种优选的双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物B，其结构如式Ⅲ所示：

本发明提供再一种优选的双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物C，其结构如式Ⅳ所示：

本发明提供又一种优选的双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物D，其结构如式Ⅴ所示：

本发明还提供一种优选的双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物E，其结构如式Ⅵ所示：

本发明还提供另一种优选的双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物F，其结构如式Ⅶ所示：

上述双噻吩并环锗戊二烯-氟代喹喔啉共轭聚合物，其聚合反应采用如Scheme 1所示的反应方程式进行。

具体的合成步骤如下：

（1）缺电单元氟代-5,8-二噻吩基喹喔啉及其衍生物的制备

将5或5,6位含氟的4,7-二溴-2，1，3-苯并噻二唑溶于无水乙醇中，0℃下分批加入硼氢化钠，然后室温下反应20h，反应结束浓缩除去乙醇，加入适量水，乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，粗品硅胶柱纯化得到含氟二胺，然后与1,2-二R₂基乙二酮以醋酸为溶剂反应，制得6或6,7位含氟5,8-二溴-2,3-二R₂基喹喔啉。