[发明专利]一种二噻并苯并二噻吩类聚合物、其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种二噻并苯并二噻吩类聚合物，其结构式如下式，其中，R1为烷基；R2为烷基，n为聚合度。该聚合物具有强给电子能力和高载流子迁移率，可作为聚合物太阳能电池给体材料，能够提高电池器件的短路电流密度和开路电压。

技术领域

本发明属于聚合物与有机太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种二噻并苯并二噻吩类聚合物、其制备方法以及在有机太阳能电池中的应用。

背景技术

聚合物太阳能电池(PSCs)由于其在低成本、易于大面积、柔性器件制备等上的巨大潜力，近几十年来备受关注。

聚合物太阳能电池中最重要的一个参数光电转化效率(PCE)等于短路电流(Jsc)、开路电压(VOC)和填充因子(FF)乘积。这些年来，研究人员通过设计新材料、优化器件结构和工艺等，将聚合物太阳能电池的PCE由2％提升至超过14％。其中，由占肖卫教授首次报道的ITIC类非富勒烯小分子受体，由于其易于合成、在分子层面上的可调性等，受到研究人员的广泛关注。

但是，非富勒烯小分子受体，诸如ITIC、IT-M、IT-4F等的带隙较窄，吸收范围位于600-900nm，因此合成更多新的中、宽带隙给体材料是进一步提升聚合物太阳能电池性能的有效途径。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种新型二噻并苯并二噻吩类聚合物，具有强给电子能力和高载流子迁移率，可作为聚合物太阳能电池给体材料，能够提高电池器件的短路电流密度和开路电压。

本发明提供的二噻并苯并二噻吩类聚合物，简称PDBT-F，其结构式如下式(I)所示：

其中，R1为烷基；R2为烷基，n为聚合度。

所述R1不限，作为优选，所述R1为C4～C22的直链烷基或C4～C22的支链烷基。

所述R2不限，作为优选，所述R2为C4～C22的直链烷基或C4～C22的支链烷基。

作为优选，所述n为5～100的整数。

本发明还提供了一种上述聚合物PDBT-F的制备方法，如图1所示，在惰性气体保护的条件下，将具有下式(II)结构的化合物与具有下式(III)结构的化合物混合，在催化剂条件下进行反应，得到式(1)所示的聚合物。

其中，R1为烷基，R2为烷基，Me为甲基。

作为优选，所述催化剂为四三苯基膦钯。

作为优选，所述催化剂与具有式(II)结构的化合物的摩尔比为(0.01～0.1):1。

作为一种实现方式，将式(II)结构的化合物、式(III)结构的化合物、催化剂混合，在80℃-100℃反应12h-24h，然后在甲醇中沉降，抽滤，依次用甲醇、丙酮、正己烷抽提，最后用三氯甲烷抽提，旋干后得化合物PDBT-F。

作为一种实现方式，式(II)结构的化合物的制备如图2的反应路线所示，包括如下步骤：

(1)将3-溴噻吩，即化合物1与无水四氢呋喃混合，低温下滴入二异丙基氨基锂(LDA)，再加入溴代烷基，然后撤去低温，反应结束后加入去离子水猝灭，用二氯甲烷萃取，有机相浓缩、石油醚过柱，减压蒸馏，得到无色透明液体化合物2；

(2)将化合物2与无水四氢呋喃混合，低温下滴入LDA，再加入氯化三甲基硅，然后撤去低温，反应结束后加入去离子水猝灭，用二氯甲烷萃取，有机相浓缩、石油醚过柱，得到无色透明液体化合物3；