[发明专利]含亚烷基芴与二噻吩并噻咯的共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料领域，尤其涉及一种含亚烷基芴与二噻吩并噻咯的共聚物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、成本高等缺陷，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。而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，同时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。

共聚物太阳能电池的研究主要集中于给体、受体共混体系，一般报道的转换效率已有达到8%以上（Yong Cao等,Advanced Materials,2011,23,4636-4643），但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体器件相对较低的载流子迁移率，器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利用以及载流子的电极收集效率低等。为了使共聚物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

发明内容

基于此，有必要提供一种光电转换效率较高的含亚烷基芴与二噻吩并噻咯的共聚物及其制备方法。

一种含亚烷基芴与二噻吩并噻咯的共聚物，具有如下结构式：

R₁、R₂为C₄-C₄₀的直链或带支链的烷基；

n为10-100的自然数。

将亚烷基芴及其衍生物和二噻吩并噻咯类单体进行共聚后，得到的共聚物光伏材料能增加载流子的传输性能，有利于载流子在活性层材料内部进行更为有效地传递，并且增加光谱的吸收范围。经过高温退火后，能有效增加分子内各基团和分子链段间排列的有序性和规整度，提高载流子迁移率的传输速度和效率，进而提高光电转换效率。

一种含亚烷基芴与二噻吩并噻咯的共聚物的制备方法，包括如下步骤：

提供化合物A和化合物B，所述化合物A的结构式为：所述化合物B的结构式为：R₁、R₂为C₄-C₄₀的直链或带支链的烷基；

无氧环境下，按照摩尔比为1:1的比例，将所述化合物A与化合物B在催化剂和溶剂存在的条件下，在碱性环境中回流反应24~72小时，分离纯化后得到具有如下结构的所述含亚烷基芴与二噻吩并噻咯的共聚物：

n为10-100的自然数。

在其中一个实施例中，所述催化剂为四三苯基膦钯，所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为0.005~0.05:1。

在其中一个实施例中，所述溶剂为甲苯。

在其中一个实施例中，所述碱性环境为碳酸钠水溶液，所述碳酸钠的摩尔量为所述化合物A摩尔量的5~10倍。

在其中一个实施例中，所述分离纯化的步骤为：将反应后的溶液用去离子水和有机溶剂萃取，收集有机相；减压蒸馏除去有机相中多余的有机溶剂，将得到的混合物用甲醇沉降，再经抽滤、烘干后得到固体物；将所述固体物用所述有机溶剂溶解，再经氧化铝柱层析除去所述催化剂，最后将得到的溶液蒸干，即得到提纯的所述含亚烷基芴与二噻吩并噻咯的共聚物。

在其中一个实施例中，所述化合物A采用如下步骤制备：

提供具有如下结构式的化合物C：

在无水无氧环境中，按照正丁基锂与化合物C的摩尔比为2~4:1的比例将所述正丁基锂加入至化合物C的四氢呋喃溶液中，在-70~-85℃下搅拌反应0.5~4小时，再在-70~-85℃下，按照正丁基锂与的摩尔比为1:1~2的比例向反应后混合液中加入升温至室温反应10~48小时；向终反应得到的混合液中加入饱和氯化钠溶液进行洗涤，再用氯仿或甲苯萃取，收集有机相干燥除去水分，抽滤后收集滤液，旋转蒸发除去所述滤液中多余的溶剂得到粗产物，将所述粗产物过氧化铝柱层析进行分离得到纯化的所述化合物C。

在其中一个实施例中，所述化合物C采用如下步骤制备：

提供具有如下结构式的化合物D：