[发明专利]新型导电光敏聚合物

说明书

相关申请的交叉引用

根据美国专利法35U.S.C§119(e)，本申请要求于2013年5月29日提交的序列号为61/855965的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。

发明领域

本发明涉及新型聚合物，特别是新型功能化聚噻吩及其合成和应用。

发明背景

光伏发电是目前全球寻求从太阳光中获得价格合理且绿色可再生能源的新技术的研究最密集的领域之一。如今光伏发电领域的技术发展已非常多样化。在这些已开发的技术中，节能装置如有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)和有机光伏器件(OPV)可进行大规模生产，并且近年来已开发了基于先进材料的应用。然而，仍然有一些关键问题未解决，包括本体异质结聚合物(bulk heterojunction polymer)太阳能电池中的活性供体材料和受体材料(通常是P3HT和PCBM)的低功率转换效率和高生产成本。到目前为止，使用Ossila的PFN(聚[(9,9-双(3’-(N,N-二甲氨基)丙基)-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)]的功率转换效率(PCE)约为7％。通过使用新的界面材料和构造，PTB7(聚[[4,8-双[(2-乙基己基)氧基]苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2,6-二基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩-二基]])的PCE能达到约9％。然而，这些聚合物的成本和合成方法还不利于进行大规模生产和商业化。正因为如此，为了提供容易的加工、更高的性能以及更低的生产成本，还需要进一步的改进。

聚噻吩是熟知的导电聚合物中的一种，并且其是应用于光伏电池、光化学抗蚀剂、发光二极管以及薄膜晶体管的重要材料。例如，未经修饰的聚噻吩和区域有规聚噻吩均是应用于节能装置领域中熟知的导电聚合物。

然而，聚噻吩和区域有规聚噻吩的合成涉及冗长复杂的过程，并阻碍了未来的扩大和生产。并且，溶解度是聚噻吩溶液工艺的大问题。

例如，最常用的区域有规聚噻吩聚合物—聚(3-己基噻吩)(P3HT)具有合理的溶解度，但其生产成本非常高，且因此限制了其在有机器件制作中的应用。另一方面，未经修饰的聚噻吩很便宜，但可惜的是，其既不溶于有机溶剂也不溶于水溶剂。这意味着很难对未经修饰的聚噻吩进行加工，并因此限制了其诸多潜在的应用。

发明内容

根据前述背景，本发明的目的在于提供新聚合物，其能通过成本效益好的功能化方法而获得，并且可溶于最常用的有机溶剂。因此，本发明一方面提供式I的化合物，

其中X选自氢、溴、氯和甲基；

m等于或大于0；

k等于或大于1；

n等于或大于1；

R是NR¹R²或选自氢、烷氧基和取代的烷氧基；

其中R¹和R²独立地选自氢、醛、酰基氯、酰基溴和异氰酸酯；以及

R’选自芳基和取代的芳基。

在本发明的示例性实施方案中，其中所述化合物由式Ia表示，

其中R是NR¹R²或烷氧基，所述烷氧基进一步选自丙醇类、丁醇类、戊醇类、己醇类、甲酸乙酯、取代的甲酸乙酯、乙氧基硅烷和取代的乙氧基硅烷。

在本发明的示例性实施方案中，其中所述化合物由式Ib表示，

其中R是NR¹R²或烷氧基，所述烷氧基进一步选自乙醇、取代的乙醇、甲酸乙酯、取代的甲酸乙酯、乙氧基硅烷和取代的乙氧基硅烷。

在本发明的示例性实施方案中，其中所述化合物由式Ic表示，

其中R”是氢或包含C₆H₁₃、C₈H₁₇和C₁₂H₂₅的烷基链；且

R是NR¹R²或烷氧基，所述烷氧基进一步选自乙醇、取代的乙醇、甲酸乙酯、取代的甲酸乙酯、乙氧基硅烷和取代的乙氧基硅烷。

在本发明的示例性实施方案中，其中所述化合物由式Ic’表示，

其中m’等于或大于1；

R^*选自乙醇、取代的乙醇、甲酸乙酯、取代的甲酸乙酯、乙氧基硅烷和取代的乙氧基硅烷；