[发明专利]二维共轭萘并二呋喃基的半导体聚合物及其制备、用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种可溶液加工的有机半导体材料，尤其是一种二维共轭萘并二呋喃基的半导体聚合物及其制备、用途。

背景技术

随着全球对能源需求的日益增加，石油、煤炭、天然气等传统能源日益枯竭。作为可再生环保的绿色能源，太阳能的充分利用是解决目前人类所面临的能源短缺和环境污染等问题的根本途径

目前，几乎所有商品化的太阳能电池都是由硅或无机化合物制成，然而其高成本、高耗能、制造过程中产生有害物质和不易柔性加工等缺点，使得人们开始关注有机太阳能电池的开发和研究。自20世纪90年代发现从共轭聚合物向富勒烯存在光诱导电荷转移现象，以及建立本体异质结构型以来，基于共轭聚合物/富勒烯为光电转换活性层的聚合物太阳能电池获得了长足的发展，具有极大的潜力。其分子结构设计空间大；具有重量轻、柔韧性好，可制备成大面积柔性器件；电池器件制作工艺简单，可采取印刷、喷墨、打印等溶液加工法，成本低等突出的优势，是近年来研究的热点，也逐渐成为未来太阳能电池的发展趋势。但相对于无机太阳能电池来说，聚合物太阳能电池的光电转换效率依旧较低，且性能不够稳定。为获得高效耐用的聚合物太阳能电池，国内外科学家在改进光伏材料、优化器件制备等方面进行了深入的研究。作为聚合物太阳能电池的重要组成部分，光活性层材料的改进，尤其是共轭聚合物光伏材料的改进对提高太阳能电池综合性能和光电转化效率具有非常重要的意义。因此设计和合成综合性能优良的新型共轭聚合物材料对提高太阳能电池综合性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维共轭萘并二呋喃基的半导体聚合物及其制备、用途。本发明的二维共轭萘并二呋喃基的半导体聚合物含有刚性平面的大π共轭的可溶性的二维共轭萘并二呋喃单元和苯并噻二唑单元，属于可溶液加工的主链共轭低能带隙聚合物，聚合物太阳能电池研究表明这类材料具有较高的薄膜光伏应用潜力。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种二维共轭萘并二呋喃基的半导体聚合物，所述半导体聚合物的结构式如式(I)所示：

(I)，其中50＞n＞1。优选，48＞n＞5。

第二方面，本发明还涉及前述的二维共轭萘并二呋喃基的半导体聚合物的制备方法，其特征在于，所述半导体聚合物的制备方法包含如下步骤：

步骤一，在以碳酸钾为催化剂、N，N-二甲基甲酰胺为溶剂的条件下，1，5-二羟基萘与溴代乙醛缩二乙醇反应生成化合物1；

步骤二，在以二氯甲烷为溶剂的条件下，化合物1与N-溴代丁二酰亚胺反应生成化合物2；

步骤三，在以多聚磷酸为催化剂、二氯甲烷为溶剂的条件下，化合物2发生闭环反应生成化合物3；

步骤四，在以Pd(PPh₃)Cl₂(双三苯基磷二氯化钯)为催化剂、甲苯为溶剂、N₂氛围的条件下，化合物3与4，5-癸基-2-三正丁基锡-噻吩反应生成化合物NDFT；

步骤五，化合物NDFT依次与正丁基锂、三甲基氯化锡反应生成化合物M1；

步骤六，化合物M1与化合物DTBT在Pd(dba)₃(三(二亚苄基丙酮)二钯)为催化剂、P(o-tol)₃(三(邻甲基苯基)膦)为配体、无水甲苯为溶剂条件下，生成所述半导体聚合物；

优选地，步骤一中，所述1，5-二羟基萘与溴代乙醛缩二乙醇的摩尔比为1：2～1：4，反应温度为80～120℃。

优选地，步骤二中，所述化合物1与N-溴代丁二酰亚胺的摩尔比为1：2，反应温度为-30～0℃。

优选地，步骤三中，所述闭环反应温度为90～130℃。

优选地，步骤四中，所述化合物3与4，5-二癸基-2-三正丁基锡-噻吩的摩尔比为1：5，反应时间为36～72小时，反应温度为90～130℃。

优选地，步骤六中，所述化合物M1与化合物DTBT的摩尔比为1：1，反应时间为12～48小时，反应温度为80～120℃。

第三方面，本发明还涉及前述的二维共轭萘并二呋喃基的半导体聚合物与PC₆₁BM共混作为半导体有机层在聚合物太阳能电池测试中的用途。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明披露的合成方法简单有效；合成的成本低，得到的目标聚合物分子量分布窄；本发明的萘并二呋喃基的半导体聚合物主链具有刚性平面的大π共轭体系，材料可溶液加工处理，且具有低的能带隙，可以应用于光伏器件。

附图说明