[发明专利]共轭聚合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料领域，尤其涉及一种共轭聚合物。本发明还涉及该共轭聚合物的制备方法与应用。

背景技术

有机太阳能电池由于具有无机太阳能电池无法比拟的一些优点，如成本低廉，制作工艺简单，产品重量轻，可大面积柔性制备等优点，使其作为一种具有潜力的可再生能源受到人们的广泛关注。在过去的十年里，有机太阳能电池的性能有了稳步提高，能量转换效率已接近10%。尽管有机太阳能电池的能量转换效率得到了大幅提高，但到目前为止，有机太阳能电池的光电转换效率比无机太阳能电池还是要低很多。因此，要想实现有机太阳能电池的商业化，开发新型的有机半导体材料对于提高有机太阳能电池的效率具有重要意义。

由于近年来在共轭聚合物的设计和器件制造工艺上的进步，聚合物太阳能电池的效率已取得很大提高。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。在半导体聚合物骨架中选择合适的单体，有利于将聚合物的光吸收范围拓宽到红外、近红外光区。其中的策略之一是在聚合物骨架中引入富电子的给体单元和缺电子的受体单元。通过给受体中这种“推-拉电子”的相互作用，降低共轭聚合物的能隙，使其吸收带向红外及近红外低能波段移动。

吡咯吲哚并二噻吩类单元是一类强的电子给体材料。吡咯吲哚并二噻吩类单元结构独特—它具有一种梯形环并五苯的结构单元。这种结构具有大的共轭平面性，一方面有效地降低了聚合物的带宽，另一方面这种共平面结构使得载流子在分子骨架之间转移变得更加容易，大大提高了载流子迁移率。在并五苯这种梯形共轭结构单元中引入氮、硫等杂原子，可以显著改变聚合物材料的带隙及吸光性能。其中，N-烷基化有利于提高单体的溶解性，从而改善了材料的加工性能。同时，由于它的这种刚性平面结构，使其具有较好的热稳定性和环境稳定性，因此这类杂环并五苯是一类很有前途的材料，其在有机电子等领域的应用已得到广泛研究。

噻吩并吡咯二酮单元作为一种具有强吸电子能力的优良受体单元，在光电材料中的应用非常广泛。含有噻吩并吡咯二酮单元的化合物具有高的电子传输性质，优异的电化学还原性质等等。同时，噻吩并吡咯二酮单元具有较强的可修饰性，N原子上烷基的引入，也可以有效地改善其溶解性。因此，它在有机发光二极管，有机太阳能电池、场效应晶体管等光电材料中有着广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种共轭聚合物，以及该共轭聚合物的制备方法以及应用。

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案为：

一种具有下述通式(P)的共轭聚合物：

其中，R₁为C₁～C₁₆的烷基，R₂为C₁～C₁₆的烷基，R₃、R₄分别为H或C₁～C₁₂烷基，n为5～60之间的自然数。

一种共轭聚合物的制备方法，该方法包括以下步骤：

a)提供如下化合物A和B；

化合物A为

化合物B为

b)在惰性气体氛围下，将所述化合物A与所述化合物B以摩尔比1:1.1～1.5加入到有机溶剂中，溶解后加入催化剂，再于60～120℃下进行Stille耦合反应24～72小时，分离提纯，得到共轭聚合物(P)；

其中，R₁为C₁～C₁₆的烷基，R₂为C₁～C₁₆的烷基，R₃、R₄分别为H或C₁～C₁₂烷基，n为5～60之间的自然数。

反应式如下：

所述催化剂可以为四(三苯基膦)钯或双(三苯基膦)二氯化钯；或者

所述催化剂还可以为有机钯与有机膦配体的混合物，所述有机钯与有机膦配体的摩尔比为1:2～20，所述有机钯为三(二亚苄基丙酮)二钯，所述有机膦配体为三(邻甲基苯基)膦。