[发明专利]一种含丙二烯缩硫脲-咔唑-苯并二噻吩共聚物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，特别是涉及一种含丙二烯缩硫脲-咔唑-苯并二噻吩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。

聚合物太阳能电池未来面临的挑战之一就是合成新型的P-型共轭聚合物，它需要具备以下特点：（a）良好的溶解性，有利于溶剂加工，实现工业化生产；(b)对整个太阳光光谱有宽而强的吸收；(c)高的载流子迁移率，有利于载流子传输。其中如何拓宽聚合物材料的光吸收范围，使其光吸收范围最大程度地覆盖整个太阳光光谱将是研究的重点。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种含丙二烯缩硫脲-咔唑-苯并二噻吩共聚物，该共聚物中含有4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩类衍生物、咔唑单元和丙二烯缩硫脲单元，将4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩类衍生物与咔唑给体单元作为聚合物主链，而将丙二烯缩硫脲类染料作为受体单元挂接在侧链上，通过主链与侧链给受体中这种“推-拉电子”的相互作用，加上主侧链间形成的二维共轭体系，同时降低了共轭聚合物的能隙，大大提高了材料的光吸收范围。本发明的目的还在于提供上述丙二烯缩硫脲-咔唑-苯并二噻吩共聚物的制备方法及应用。

第一方面，本发明提供一种含丙二烯缩硫脲-咔唑-苯并二噻吩共聚物，为具有如下结构式的共聚物P：

式中，R₁为H、C₁～C₁₆的直链或支链的烷基或C₁～C₁₆的直链或支链的烷基巯基，R₂为C₁～C₁₂的直链或支链的烷基，n为5～60之间的整数。

苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩是一类很有前途的电子给体单元，其在有机电子等领域的应用，特别是在有机聚合物太阳能电池方面已得到广泛研究。由于苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩类单体具有很好的对称性和平面性，因此基于它的聚合物具有良好的载流子迁移率。而4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩类衍生物是在苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-4,8-二酮的4，8位引入1,3-二硫醇-2-醛类衍生物。1,3-二硫醇-2-醛类衍生物作为一类良好的电子给体材料，它的引入进一步加强了苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩类衍生物的给电子性能。因此，正是由于4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩类衍生物本身具有的电子和几何特性，它将作为优良的给体单元扩大了在聚合物太阳能电池中的应用。

将4,8-二（1,3-二硫醇-2-醛）苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩类衍生物与咔唑给体单元作为聚合物主链，而将丙二烯缩硫脲类染料作为受体单元挂接在侧链上，通过主链与侧链给受体中这种“推-拉电子”的相互作用，加上主侧链间形成的二维共轭体系，同时降低了共轭聚合物的能隙，大大提高了材料的光吸收范围。

第二方面，本发明提供一种含丙二烯缩硫脲-咔唑-苯并二噻吩共聚物的制备方法，包括以下操作步骤：

（1）制备聚合物B;

分别提供如下结构式表示的化合物A和化合物d：

式中，R₁为H、C₁～C₁₆的直链或支链的烷基或C₁～C₁₆的直链或支链的烷基巯基；