[发明专利]一种含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，特别是涉及一种含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备方法与应用。

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，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。聚合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）上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。

目前聚合物太阳能电池的能量转换效率仍然比硅太阳能电池低，原因之一是由于聚合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。而目前使用的共轭聚合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。为进一步提高聚合物太阳能电池的性能，可采用具有较宽吸收光谱的极窄带隙聚合物做给体和受体，提高对太阳能的吸收利用。

用于光电材料的含有并二硒吩单元和苯并噻二唑单元的共轭聚合物已见报道，但在实际应用中获得的能量转换效率依然较低。因此，开发新的聚合物材料，提高光电材料的能量转换效率对于有机太阳能电池的发展有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物。

本发明的目的还在于提供含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的制备方法及应用。

第一方面，本发明提供了一种含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，为具有如下通式的共聚物P：

式中，R₁，R₂为C₁~C₂₀的烷基，R₃为H或C₁~C₂₀的烷基，n为1～100之间的整数。

本发明提供的含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的结构中含有新的噻咯并二(苯并噻二唑)单元，苯并噻二唑单元是常见的功能单元，具有优异的还原可逆性，与镁、铝等金属阴极的功函值接近，属于缺电子型芳香环化合物，具有强吸电子能力，是优良的受体单元，具有较好的电子传输性质，同时还可以调节材料的能隙，而噻咯结构单元中存在σ^*-π^*共轭，使得噻咯单元的最低占有轨道能级（LUMO）较低，使其同时具有良好的电子亲合力和电子迁移率。本发明的含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物中含有的新的噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物单元结合了以上两种单元的结构特征，具有较窄的带隙和较强的共轭性质，使共聚物具有优异的电子传输性能，可应用于有机太阳能电池等领域。

同时，本发明提供的含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的结构中含有并二硒吩单元，硒原子的半径比硫原子的大，能增强聚合物聚合物链之间的分子重叠，促进电荷的跳动及传输过程，而且由于硒吩具有低的带隙和2，3，4，5容易修饰取代，并硒吩类衍生物比并噻吩类衍生物具有更窄的能带，现已广泛应用于有机太阳能电池、有机发光二极管和场效应晶体管等光电材料中。

本发明在以上两种单元的基础上得到具有新型平面共轭结构的含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，具有优异的载流子迁移能力及结构灵活性，应用前景广阔。

第二方面，本发明提供了含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的制备方法，包括以下操作步骤：

提供化合物A和化合物B，化合物A和B的结构式分别为：

式中，R₁，R₂为C₁~C₂₀的烷基，R₃为H或C₁~C₂₀的烷基；

在惰性气体氛围中，按摩尔比1∶1.5~1.5:1将所述化合物A和化合物B溶于有机溶剂中，加入催化剂，于50℃~120℃下进行Stille耦合反应6~100小时，分离纯化后得到含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，所述含并二硒吩-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物为具有如下通式的共聚物P：