[发明专利]一种半导体共轭聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种可溶液加工的聚合物半导体材料，具体的是一种基于二维共轭苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亚基）苯并二呋喃-二酮的半导体共轭聚合物及其制备。聚合物具有低的LUMO能级，吸收峰延伸覆盖可见光，并延伸至近红外区域。本发明的聚合物可代替富勒烯衍生物（PCBM），增加光吸收，应用于有机光伏领域。

背景技术

近年来，有机光伏因其具有突出的优点，如成本低，重量轻，可溶液处理等成为研究的热点，是将来利用可再生能源的一个重要部分。本体异质结（BHJ）是目前有机光伏使用的最基本的器件结构，它是使用有机材料如共轭聚合物作为电子给体材料，以PCBM作为电子受体材料。富勒烯是由碳原子组成的球状分子，经过改性后的富勒烯衍生物PCBM具有较好的溶解性，由于共轭聚合物与富勒烯衍生物之间存在超快的电荷转移，并且富勒烯衍生物材料具有高的电子迁移率（2×10^-3cm².V^-1.s^-1），在电子给体与PCBM界面，被PCBM接受的电子可以快速高效的由单线态转移到三线态，防止了电子再由PCBM回传到给体的逆过程，从而使电荷转移效率接近100%。目前，几乎所有的高性能有机光伏电池都是以PCBM材料为受体材料，但是PCBM作为有机光伏受体材料也有明显的缺点，首先，PCBM与有机材料的相容性较差，容易造成聚合物与PCBM形成大尺度的相分离，影响有机光伏性能；其次，PCBM在可见光区域吸收较弱，在近红外区域基本没有吸收，这就造成给体材料要承担对太阳光子的有效吸收，PCBM的吸收较弱直接影响了器件的电流，从而影响器件性能；最后，PCBM价格昂贵，使用成本高。因此开发PCBM的替代材料意义重大，其中合成低最低未占轨道（LUMO）能级的共轭聚合物代替PCBM应用于本体异质结器件中发展全聚合物太阳能电池能弥补PCBM带来的不利缺点：首先共轭聚合物在可见光甚至到近红外区域有高的吸收系数，能有效吸收太阳光子能量；其次共轭聚合物通过改变自身结构可以调节最低未占轨道(LUMO)和最高占有轨道（HOMO）能级；最后聚合物成膜性能好，原料来源广泛且成本低，同时还可以通过改变聚合物自身的侧链来调节体系的溶解度和相分离程度。

因此，本发明着力解决PCBM在有机光伏应用中的缺点，提供了一种低LUMO能级的聚合物，此聚合物吸收峰覆盖可见光，甚至延伸至近红外区域，可代替PCBM应用于有机光伏受体材料。

发明内容

本发明目的是为了提供一种应用于有机光伏受体材料领域的半导体聚合物及其制备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于二维共轭苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亚基）苯并二呋喃-二酮的半导体共轭聚合物，所述共轭聚合物的结构式为：

其中，R₁为C₈-C₂₀烷烃链，R₂为C₈-C₂₄烷烃链，n≥1。

一种基于二维共轭苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亚基）苯并二呋喃-二酮的半导体共轭聚合物，所述的R1烷烃链可选择C₈-C₁₂的支链或者C₈-C₂₀的支链烷烃。

一种基于二维共轭苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亚基）苯并二呋喃-二酮的半导体共轭聚合物的制备方法，包括以下步骤：

以二维共轭二噻吩双锡单体，以（2-氧吲哚-3-亚基）苯并二呋喃-二酮双溴单体为原料，采用Stille交叉偶联反应得到所述的半导体共轭聚合物。

一种基于二维共轭苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亚基）苯并二呋喃-二酮的半导体共轭聚合物制备方法，所获得的半导体共轭聚合物的反应是在以三（二亚苄基丙酮）二钯为催化剂，三（邻甲基苯基）磷为配体的体系下聚合得到的。

一种基于二维共轭苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亚基）苯并二呋喃-二酮的半导体共轭聚合物制备方法，所述的交叉偶联反应温度为80-130oC。

一种基于二维共轭苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亚基）苯并二呋喃-二酮的半导体共轭聚合物制备方法，所述交叉偶联反应时间为6-72小时。