[发明专利]含亚烷基芴与咔唑的有机聚合物半导体材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电子材料领域，特别是涉及一种含亚烷基芴与咔唑的有机聚合物半导体材料及其制备方法和应用。

背景技术

高效率太阳能电池通常是以无机半导体为原料，但目前市场上主要的硅晶太阳能电池由于生产过程工艺复杂，污染严重，耗能大，成本高，抑制了其商业化应用的发展。因此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。有机半导体材料一方面由于有机材料的环境稳定性好、合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好；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，成为最为廉价和有吸引力的太阳能电池材料。除此之外，有机太阳能电池的潜在优势还包括：可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等。

目前，聚合物太阳能电池的研究主要集中于给体、受体共混体系，采用聚苯并二噻吩(PTB7)与富勒烯衍生物PC₇₁BM共混体系的能量转化效率已经达到7.4％，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高太阳能电池器件的能量转换效率的含亚烷基芴与咔唑的有机聚合物半导体材料及其制备方法和应用。

一种含亚烷基芴与咔唑的有机聚合物半导体材料，具有以下结构式：

其中，n为10~100之间的整数；R₁为C₄~C₄₀的直链或支链的烷基；R₂为C₄~C₄₀的直链或支链的烷基。

一种含亚烷基芴与咔唑的有机聚合物半导体材料的制备方法，包括如下步骤：

提供化合物A和化合物B，化合物A的结构式为：

其中，R₁为H或C₄~C₄₀的烷基；

化合物B的结构式为：

其中，R₂为H或C₄~C₄₀的烷基，R₁和R₂不同时为H；及

在无氧状态下，将化合物A、化合物B及催化剂按照1:1:0.005~0.05的摩尔比溶解于Na₂CO₃水溶液，其中所述Na₂CO₃水溶液中Na₂CO₃的加入摩尔量为化合物A的5~10倍，加入甲苯做为溶剂，在60°C~100°C下回流反应24~72小时，分离纯化后得到含亚烷基芴与咔唑的有机聚合物半导体材料，所述含亚烷基芴与咔唑的有机聚合物半导体材料的分子通式为：

其中，n为10~100之间的整数。

在优选的实施例中，所述分离纯化的步骤为：

往反应体系中加入甲苯或氯仿，及去离子水进行萃取，取有机相，用减压蒸馏的方法将所述有机相蒸发至5毫升至15毫升，再将所述有机相滴入到无水甲醇中不断搅拌，逐渐有固体沉淀析出，经过抽滤、烘干后得到固体粉末，再将所述固体粉末用氯仿溶解，用中性氧化铝过层析柱以除去催化剂，最后经旋干，得到提纯后的含亚烷基芴与咔唑的有机聚合物半导体材料。

在优选的实施例中，所述化合物A采用如下方法制备：

提供化合物C，化合物C的结构式为：

在无水无氧反应条件下，往化合物C中注入四氢呋喃溶剂，在-70°C~-85°C下慢慢注入正丁基锂，搅拌反应0.5~4小时，其中化合物C与正丁基锂的摩尔比为1:2~4，然后在-70°C~-85°C下用慢慢注入2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷，升温到室温后反应10~48小时，分离纯化得到所述化合物A，其中，正丁基锂与2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷的摩尔比为1:1~2。

在优选的实施例中，所述分离纯化的步骤为：

反应结束后，加入饱和NaCl溶液洗涤，使用氯仿或甲苯溶剂萃取，再使用无水Na₂SO₄或无水MgSO₄干燥，抽滤后收集滤液，旋蒸掉溶剂后得到粗产物，将所述粗产物使用二氯甲烷为淋洗液进行硅胶层析柱分离，得到提纯后的化合物A。

在优选的实施例中，所述化合物C采用如下方法制备：