[发明专利]一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用

说明书

技术领域

本发明属于聚合物太阳能电池材料研究和有机场效应晶体管材料研究领域，特别涉及一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。有机太阳能电池作为一种绿色、可再生能源的利用方法，具有价格低廉，质量轻便、易于大面积柔性制备等优点，因此受到广大研究者们的青睐。基于有机共轭材料的本体异质结太阳能电池已经取得了长足的进步，一系列新型的材料被合成出来并加以利用，能量转换效率已经达到12.0％，显示出有机太阳能电池的广阔应用前景。

背景技术

除了提高有机太阳能电池的光电转换效率，如何延长有机太阳能电池的寿命将是其推向商业应用不得不面对的问题。含氟原子的有机共轭聚合物有很重要的应用，这些分子往往具有优异的热稳定性和氧化稳定性，耐腐蚀性，氟化物基底疏水疏油性以及氟化芳香环的电子密度分布翻转的性能。这些优异的性质源于氟原子独一无二的特性：氟原子是电负性最强的原子，数值达到4.0，比氢原子的2.2要大得多；同时氟原子又是最小的的吸电子基团，它的范德华半径只有仅比氢原子略大。更为重要的是，氟原子的存在往往产生C-F…HF…S，C-...πF，的相互作用，而这些相互作用将带来显著的分子内或分子间的相互作用。氟取代的共轭聚合物在有机场效应管和有机发光二级管中的应用已经有了一些研究。但是，在光伏材料的应用中，尤其是作为P型半导体，氟取代的材料还比较少见。

最近的一些研究表明，由于氟原子的引入，聚合物的HOMO和LUMO能级都有所降低，同时材料的光学带隙基本保持不变。作为给体材料的聚合物具有较低的HOMO能级能够使得光伏器件获得较高的的开路电压，同时填充因子和短路电流也有所增大。使用这些材料制得的光伏器件的最高光电转换效率达到了7-8％。但是这些研究中对于引入氟原子之后材料在光伏器件中表现出的较高的短路电流和填充因子并没有给出解释。再者，氟原子的引入大都在这些材料的受体单元上，诚然这将增强受体单元的吸电子能力，从而带来更有效的分子内电荷转移作用，但是，根据分子轨道杂化理论，聚合物的HOMO能级更大程度上依赖于给体的HOMO能级高低，将氟原子引入给体单元还鲜有研究。同时，给受体交替共聚物的给体单元更容易被氧化而导致材料的老化，在给体上引入氟原子应该能够显著提高材料的稳定性，从而延长材料的使用寿命，但是目前对于材料和器件稳定性及寿命方面的研究还不够深入。由此可见，氟取代的交替共轭聚合物在光伏器件中的应用值得进行深入的研究。

基于以上的考虑，本发明公开了一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。本发明为一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用，聚合物结构如式I所示，该类具有很好的溶解性以及较宽的紫外吸收，本发明涉及一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。

发明内容

本发明旨在公开一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用

本发明中含氟咔唑双硼酸酯和基于其聚合物的制备方法如下：

具体实施方式

实施例1：制备式二结构为2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼烷-2-基)-3，6-二氟-N-辛基咔唑(M2)的合成

将0.30g2，7-二溴-3，6-二氟-N-辛基咔唑，0.40g联硼酸频那醇酯，0.37g醋酸钾加入20mL DMF，仔细充脱氮气后加入25.9mg催化剂PdCl₂(dppf)，在氮气气氛下加热到80℃搅拌反应三天。待体系冷却后，向体系内加入饱和食盐水和乙酸乙酯进行萃取。用乙酸乙酯萃取三次，合并有机相，并用饱和食盐水再次清洗有机相，最后用无水Na₂SO₄干燥有机相。将溶剂减压旋蒸除去，得到的粗产物使用硅胶色谱柱快速分离(石油醚60-90℃/乙酸乙酯=4/1体积比)。得到浅黄色的固体，再使用石油醚为溶剂重结晶即得到纯的产品162mg M2，为白色晶体，产率为45.12％。

实施例2：制备式三结构的聚[3，6-二氟-N-辛基-2，7-咔唑-交替-5，5-(4’，7’-二-2-噻吩基-5’，6’-二辛氧基-2’，1’，3’-苯并噻二唑)]