[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。

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。目前，吴宏滨等人制得的基于苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩的聚合物倒置太阳能电池，以9.2%的能量转换效率刷新了聚合物太阳能电池的最高记录（参考文献：Nature Photonics,2012,190）。而苯并[1,2-b:3,4-b’:5,6-d’’]三噻吩则很少有文献报道。苯并[1,2-b:3,4-b’:5,6-d’’]三噻吩是一类完全平面，且富电子的半导体材料。与苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩类似，通过在其中两个噻吩之间自由的a-位引入其他共轭基团，使得整个分子骨架形成一个共轭体系，同时在第三个噻吩a-位上引入有利于改善溶解性的直链或者给电子基团，提高整个芳香骨架中的电子密度。苯并[1,2-b:3,4-b’:5,6-d’’]三噻吩这种拓展的芳香核结构，更有利于分子间的п堆积和载流子迁移。

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C₆～C₁₅烷基，R₂为H或C₁～C₁₆烷基，R₃为C₁～C₁₇烷基，n为5～60之间的自然数。

本发明还包括对上述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C₆～C₁₅的烷基，R₂为H或C₁～C₁₆烷基，R₃为C₁～C₁₇烷基，n为5～60之间的自然数。

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。

所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为0.0001～0.05:1。

所述惰性气体氛围中的惰性气体为氮气、氩气中的一种或两种。