[发明专利]含噻吩并噻吩-二噻吩并苯并噻二唑-苯并噻二唑类共轭聚合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，特别是涉及一种含噻吩并噻吩-二噻吩并苯并噻二唑-苯并噻二唑类共轭聚合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

本发明的目的在于提供一种含噻吩并噻吩-二噻吩并苯并噻二唑-苯并噻二唑类共轭聚合物，本发明的目的还在于提供上述含噻吩并噻吩-二噻吩并苯并噻二唑-苯并噻二唑类共轭聚合物的制备方法及应用。 

第一方面，本发明提供了一种含噻吩并噻吩-二噻吩并苯并噻二唑-苯并噻二 唑类共轭聚合物，为具有如下结构式的共轭聚合物P： 

式中，R为H或C₁～C₁₂的烷基，n为5～60之间的自然数。 

噻吩并[3,2-b]噻吩与噻吩相比，具有更高的载流子迁移率。噻吩并[3,2-b]噻吩拓展了聚合物的共平面性，使得整个分子骨架具有更加离域的HOMO，从而提高了分子间的电荷载流子的跳跃。 

二噻吩并[3’,2’:3,4;2’’,3’’:5,6]苯并[1,2-d][1,2,5]噻二唑是在苯并[1,2-b:6,5-b’]二噻吩-4,5-二酮的基础上衍生的，它与苯并[1,2,5]噻二唑一样是一种优良的电子受体单元。将噻吩并[3,2-b]噻吩作为给体单元，分别与两受体单元二噻吩并[3’,2’:3,4;2’’,3’’:5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噻二唑衍生物和苯并[1,2,5]噻二唑共聚，形成D-A-D-A的重复单元。通过给受体间这种“推-拉电子”的相互作用，降低共轭聚合物的能隙，大大提高了材料的光吸收范围、光电转化效率。 

第二方面，本发明提供了一种含噻吩并噻吩-二噻吩并苯并噻二唑-苯并噻二唑类共轭聚合物的制备方法，包括以下步骤： 

分别提供如下结构式表示的化合物A和化合物B： 

式中，R为H或C₁～C₁₂的烷基； 

在惰性气体氛围中，按照摩尔比为1.1:1～1.5:1将化合物A和化合物B加入到有机溶剂中，再加入第一催化剂，在60～120°C温度下进行Stille偶合反应24～72h，停止反应后，分离纯化得到具有如下结构式的共轭聚合物P： 

式中，R为H或C₁～C₁₂的烷基，n为5～60之间的自然数。 

反应式为： 

优选地，有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或甲苯。 

优选地，第一催化剂为双(三苯基膦)二氯化钯（Pd(PPh₃)₂Cl₂）或四(三苯基膦)钯（Pd(PPh₃)₄）；或者 

第一催化剂为摩尔比为1:2～1:20的双(三苯基膦)二氯化钯（Pd(PPh₃)₂Cl₂）或四(三苯基膦)钯（Pd(PPh₃)₄）； 

第一催化剂的摩尔用量为化合物B摩尔用量的0.01%～5%。 

优选地，惰性气体为氮气或氩气。