[发明专利]基于3-氰基噻吩的p-型共轭聚合物及其制备方法与光伏应用

说明书

本发明属于有机光电技术领域，具体涉及基于3‑氰基噻吩的p‑型共轭聚合物及其制备方法与光伏应用。本发明方法为：将含3‑氰基噻吩的噻吩单元单体、含共轭单元Ar的单体混合，在催化剂的催化下进行聚合反应，纯化得到所述含3‑氰基噻吩的p‑型共轭聚合物。本发明在噻吩的3位引入强吸电子基团CN，能保证聚合物具有较深分子轨道能级。更重要的是，基于3‑氰基噻吩及其衍生物的p‑型共轭聚合物，具有合成简单、结构易于修饰、便于衍生化合物制备等优点。基于以上优势，3‑氰基噻吩有望成为一类重要的有机半导体材料结构砌块，用于构筑高性能、新功能的有机光电材料。

技术领域

本发明涉及有机光电材料技术领域，尤其涉及一种基于3-氰基噻吩及其衍生物的有机光电材料的制备及使用该衍生物的有机光伏器件。

背景技术

有机光电材料具有π共轭的分子结构和优异的电子离域性能，多样化的结构组成和性能调节空间，能够通过不同给受体单元的组合调节材料的吸光性能、光学带隙、轨道能级等。随着有机电子产业的兴起和蓬勃发展，有机光电材料在有机电致发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机激光器和化学传感器等领域应用广泛，由于其重要的科学研究价值和广阔的商业应用前景，目前已成为材料科学中一个快速增长的领域。探索和开发性能更优的有机光电材料是科研人员目前亟待解决的问题。

噻吩及其衍生物是构筑有机光电材料的重要砌块，是有机光电材料π桥和中心砌块的主要组成部分，具有结构简单、易于合成等显著优势。但是，为了改善光电材料的光吸收能力，或调节其能级、提高其溶解性等，通常需要对噻吩结构进行化学修饰。氰基作为一类强吸电子基团，常用于降低有机半导体的分子能级。此外，氰基还具有诱导分子聚集、促进结晶等功能，在调控光伏器件活性层形貌方面影响显著。更重要的是，相比于噻吩3位引入氟、酯基等吸电子基团的反应，3-氰基噻吩的合成更为容易，使其在设计具有商业化应用前景的有机光电材料方面更具优势。

发明内容

本发明的首要目的是为了提供基于3-氰基噻吩的p-型共轭聚合物，该类材料具有合成简单、产率较高、便于衍生化合物制备等优点。

本发明的另一目的是在于提供上述基于3-氰基噻吩有机光电材料的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述基于3-氰基噻吩的有机光电材料的应用。这类材料可以在有机太阳能电池领域得到广泛的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明提供了一类基于3-氰基噻吩的有机光电材料，其结构式为如下：

3-氰基噻吩，其特征在于，如下所示：

一种基于3-氰基噻吩及其衍生物的p-型共轭聚合物，其特征在于，如式(II)示出：

其中，R1-R2独立的选自氢、卤素原子、具有1-30个碳原子的烷基、具有1-30个碳原子的烷氧基、酯基、芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、单键、双键、三键或其组合的取代基取代的芳基中的任意一种；

Ar选自下述任一种基团：

1)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃或取代或未取代的硒吩；

2)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃和取代或未取代的硒吩中任意至少两个基团之间直接或通过桥连原子构筑的芳香稠环；所述的至少两个基团中的基团两两之间可以相同或不同；