[发明专利]基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物、其制法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型有机共轭聚合物材料，特别是涉及一种基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物材料、其制备方法与应用，属于光电材料与应用领域。

背景技术

共轭聚合物以其优异的光电和半导体特性成为有机光电子领域最具发展潜力的太阳能电池材料，由于其成本低廉，结构和光电性能容易调控，环境稳定性和成膜性较好，另外，这类材料在有机溶剂中溶解性较好，易于低温溶液加工、大面积成膜、可使用柔性基底和降低太阳能电池器件制作成本，目前在本体异质结太阳能电池中获得了广泛的关注。

有机光电转换器件结构中，活性层材料主要是由给体和富勒烯衍生物受体组成，而有机共轭聚合物通常作为给体应用于太阳能电池中。常见的高性能聚合物主要有环戊二噻吩-苯并噻二唑类(PCPDBT)，苯并二噻吩类(PBDTTPD)和吡咯并吡咯二酮(DPP)类。其中，吡咯并吡咯二酮是一类典型的工业染料，具有化学及光稳定性高的优点。基于DPP单元的共轭聚合物也具有高的光密度，制作成本低，易合成，具有很强的电子亲和能和高的载流子传输性能等优势，是一类很容易调整光电性能的共轭聚合物材料，在有机光伏中有着重要应用。目前由DPP基聚合物与PC₇₁BM([6,6]-phenyl-C₇₁-butyric acid methyl ester)组成有机太阳能电池的给受体材料，单结器件的能量转换效率(PCE)已经达到8％。

现有DPP基共轭聚合物通常由DPP单元与线性共轭单元组成，由于线形分子结构导致所得DPP类共轭聚合物具有易聚集和溶解性差等缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一个目的在于提供所述基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物的一种简单制备方法。

本发明的第三个目的在于提供所述基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物的应用，例如在光电转换器件中的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物，是以吡咯并吡咯二酮、一个或多个噻吩和/或苯基为主链结构的材料。

具体的讲，该基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物含有式(Ⅰ)所示结构：

其中DPP具有式(Ⅱ)所示结构：

Ar具有式(Ⅲ)-(Ⅹ)所示结构中任一种：

R₁为C₁-C₂₀的直链或支链烷基，R₂为氢原子或C₁-C₂₀的直链或支链烷基，

R*为氢原子或C₁-C₁₀的直链或支链烷基，n选自4-150中的任一整数，m和x独立地选自1-3中的任一整数。

较为优选的，所述基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物具有主要由式(Ⅱ)所示DPP与式(Ⅷ)所示Ar组成的主链结构。

一种基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物的制备方法，包括：选取具有式(ⅰ)所示结构的化合物与具有式(ⅱ)所示结构的化合物进行聚合反应，从而获得所述基于吡咯并吡咯二酮结构有机共轭聚合物；

其中Ar至少具有下列结构中的任一种：

M包括–SnMe₃或–B(OR)₂，R₁为C₁-C₂₀的直链或支链烷基，R₂为氢原子或C₁-C₂₀的直链或支链烷基，R*为氢原子或C₁-C₁₀的直链或支链烷基，n选自2-150中的任一整数，m和x独立地选自1-3中的任一整数。

进一步的，所述聚合反应为过渡金属催化缩聚反应，优选自金属催化Suzuki聚合或金属催化Stille聚合反应。