[发明专利]含环戊二烯二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含联二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物、其制备方法以及使用该含联二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的太阳能电池器件及有机电致发光器件。

背景技术

能源问题是世界各国十分关注的重大问题。太阳能是未来人类最理想的替代能源，将太阳能转换为电能的太阳能电池也是研究的热点。近年来兴起的共轭聚合物薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单、可制备成柔性器件等突出优点。此外，有机材料种类繁多、可设计性强，有希望通过材料的设计和优化来提高太阳能电池的性能。

苯并噻二唑单元具有优异的还原可逆性，与镁、铝等金属阴极的功函值非常接近；属于缺电子型芳香环化合物，具有强吸电子能力，是一种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。然而，现有的含有苯并噻二唑单元的聚合物的能带隙（HOMO能级与LUMO能级之间的能级差）较宽，降低了对太阳能光谱中光子的吸收率，从而使得使用含有联噻唑单元的聚合物的有机太阳能电池的能量转换效率较低。

发明内容

基于此，有必要提供一种能隙较窄的含联二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备方法。

此外，还有必要提供一种使用该含联二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的太阳能电池器件及有机电致发光器件。

一种含联二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物，具有如下结构式：

其中，R₁、R₂为C₁~C₂₀的烷基，R₃、R₄为H或C₁~C₂₀的烷基；n为1~100的整数。

一种含联二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的制备方法，包括如下步骤：

提供如下结构式表示的化合物A和化合物B，

A为：B为：其中，R₁、R₂为C₁~C₂₀的烷基，R₃、R₄为H或C₁~C₂₀的烷基；

在保护性气体氛围下，将摩尔比为1:1.5~1.5:1的化合物A和化合物B在含有有机钯催化剂的有机溶剂中进行Stille耦合反应，分离提纯后得到如下结构式表示的含联二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物P：

其中，R₁、R₂为C₁~C₂₀的烷基，R₃、R₄为H或C₁~C₂₀的烷基；n为1~100的整数。

在其中一个实施例中，所述有机钯催化剂选自三(二亚苄基丙酮)二钯、四(三苯基膦)钯或双(三苯基膦)二氯化钯，优选为双(三苯基膦)二氯化钯，所述有机钯催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:2000~1:5。

在其中一个实施例中，所述Stille耦合反应的反应温度为50℃~120℃，反应时间为6小时~100小时。

在其中一个实施例中，所述提纯含联二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物P的步骤如下：向Stille耦合反应后的溶液中加入甲苯和去离子水的混合液进行萃取保留有机相，将除去至少部分有机溶剂后加入乙醇沉析并过滤，将过滤后得到的固体粉末干燥后用氯仿溶解，使用中性氧化铝层析，之后除去有机溶剂，再次用甲醇沉析并过滤，将过滤后得到的固体物用丙酮抽提，收集丙酮溶液后用甲醇沉析并过滤。

在其中一个实施例中，所述化合物A的制备过程包括如下步骤：

提供如下结构式表示的化合物C和化合物E，

C为:E为：其中R₁、R₂为C₁~C₂₀的烷基；

在保护性气体的氛围下，将摩尔比为1:2的所述化合物C以及化合物E在含有有机碱和催化剂的溶剂中进行关环反应，分离提纯后得到所述化合物A，所述有机碱为三乙基胺，所述催化剂为醋酸钯。

在其中一个实施例中，所述提纯化合物A的步骤如下：将所述化合物C以及化合物E进行关环反应后的反应液依次使用水及二氯甲烷萃取，保留有机层，无水硫酸钠干燥，过滤，蒸馏除去溶剂后使用硅胶层析柱分离得到所述化合物A。