[发明专利]一种基于苯并二噻吩和苯并三氮唑的D-A型聚合物给体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于苯并二噻吩和苯并三氮唑的D‑A型有机太阳能电池聚合物给体材料及其制备方法，该类聚合物给体材料具有通式Ⅰ的结构，以苯并二噻吩(BDT)作为给电子单元，3‑氟噻吩作为π桥，苯并三氮唑(BTz)作为受体单元；同时本发明可被广泛应用于能源、生命、分析、材料科学等领域，尤其适合作为有机太阳能电池给体材料。基于本发明所合成的聚合物所制成的光伏期间能量转化效率较高，具有良好的商业应用前景；其中，苯并二噻吩侧链噻吩β位所连杂原子X为H、Cl或F。

技术领域

本发明涉及氟化策略在有机半导体领域的应用，具体的涉及一种以苯并二噻吩(BDT)作为给电子单元，3-氟噻吩作为π桥，苯并三氮唑(BTz)作为受体单元的D-A型聚合物给体材料该类聚合物可被广泛应用于能源、生命、分析、材料科学等领域，尤其适合作为有机太阳能电池给体材料等。

背景技术

过去一段时间以来，由于有机聚合物太阳能电池(PSCs)具有可折叠、廉价、以及可调节的分子能级等优势，吸引了一大批研究人员的关注。

到目前为止，以聚合物作为给体活性材料的有机太阳能电池的光电转化效率已经超过了18％。随着相关研究的不断开展，不管是给体材料还是受体材料的光伏性能都在持续得到提升。在影响光伏器件性能的众多因素中，功能性原子的引入一直是作为提升活性层材料光电性能的一个重要策略。之前的许多研究已经证明，将氟原子引入具有D-A共轭结构的聚合物受体单元是提高光电转化效率的一种有效方法。氟化的有机半导体单元通常具有以下几个优点：第一，含氟分子能够在不造成较大空间位阻的情况下同时降低HOMO能级和LUMO能级，这有助于提高器件的开路电压；第二，氟化分子由于存在F…H、F…F等非共价键的相互作用，通常可以提高分子内和分子间的相互作用，这有助于提高分子的结晶度从而提升电荷的转移效率；第三，氟化分子与非氟化半导体相比具有更高的吸收系数和极化度，降低了空穴和电子之间的库仑电势。然而，现有的D－A型聚合物给体材料仍在光电性能上未有较大进展。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于苯并二噻吩和苯并三氮唑的D-A型聚合物给体材料，从共轭骨架设计、侧链修饰、引入杂原子的设计理念出发，以苯并二噻吩(BDT)作为给电子单元，3-氟噻吩作为π桥，苯并三氮唑(BTz)作为受体单元，设计了一类D-A型聚合物给体材料。该类材料具有目标分子结构新颖，合成简单，同时具有优异的光电性能。

本发明的另一目的在于提供一种基于苯并二噻吩和苯并三氮唑的D-A型聚合物给体材料的制备方法，以3-噻吩作为桥连，BDT为给电子单元，BTz作为受电子单元的D-A型聚合物给体材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于苯并二噻吩和苯并三氮唑的D-A型聚合物给体材料，具有如通式Ⅰ的化学结构：

其中，苯并二噻吩侧链噻吩β位所连杂原子X为H、Cl或F。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：上述的基于苯并二噻吩和苯并三氮唑的D-A型聚合物给体材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、以3-氟-2羧酸噻吩和碘单质为原料，在磷酸钾以及乙腈作为溶剂的条件下发生亲核取代制成中间体1，其结构为：

(2)、中间体1与三乙基氯硅烷经反应制得中间体2，其结构为：

(3)、中间体2与三丁基氯化锡反应制得中间体3，其结构为：

(4)、中间体3与4,7-二溴-5,6-二氟-2-(2-己基癸基)-2H-苯并[d][1,2,3]三唑在催化剂作用下发生Stille偶联得到中间体4，其结构为：