[发明专利]一种共轭聚合物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明具体公开了一种共轭聚合物材料及其制备方法和应用；所述的共轭聚合物材料的制备方法，包含如下步骤：(1)取4,6‑二溴噻吩并[3,4‑b]噻吩‑2‑羧酸与三甘醇单甲醚加入到有机溶剂A中，然后加入催化剂A进行反应；得4,6‑二溴噻吩并[3,4‑b]噻吩‑2‑羧酸三乙二醇单甲醚酯；(2)取4,6‑二溴噻吩并[3,4‑b]噻吩‑2‑羧酸三乙二醇单甲醚酯与5,5'‑二(三甲基锡)‑2,2'‑联二噻吩以及2,5‑二(三甲基锡)‑噻吩并[3,2‑B]噻吩加入到有机溶剂B中，然后加入催化剂B进行反应，反应结束后取产物即得所述的共轭聚合物材料。与现有技术相比，将该方法制备得到的共轭聚合物材料用于聚合物太阳电池中，可以大幅提高聚合物太阳电池的能量转换效率。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种共轭聚合物材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚合物太阳电池(PSCs)以π-共轭有机半导体作为吸光层，可通过溶液加工的方式制备质量轻、成本低、可柔性弯曲的器件，亦可通过高速卷对卷(Roll-to-Roll)印刷制备大面积器件，使得它们在可穿戴/便携式电子产品、变色窗户、建筑集成光伏发电等领域展现出巨大的应用潜力而引起广泛的关注，同时有机半导体材料可以通过化学结构变化，精细调控其光学吸收、电子能级、结晶性、载流子迁移率等性能，使材料体系得到多元化的发展。

中国发明专利201410053489.9提供了一种带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3,4-b]噻吩共轭聚合物材料、其制备方法及其应用；其首先将4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸与三甘醇单甲醚进行反应生成4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸三乙二醇单甲醚酯；接着将4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸三乙二醇单甲醚酯与4,8-二(4-异辛基-2-噻吩基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2,6-二(三甲基锡)进行反应得带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3,4-b]噻吩共轭聚合物材料；该发明实施例5中实验数据表明采用该共轭聚合物材料制备得到的聚合物太阳电池其能量转换效率(PCE)仅仅为5.23％；其能量转换效率(PCE)有待进一步提高。此外，目前采用其它方法制备得到的共轭材料用于聚合物太阳电池中的能量转换效率同样也有待进一步提高。因此，提供一种能量转换效率高的聚合物材料具有重要的应用价值。

发明内容

为了克服现有技术中存在的至少之一的技术问题，本发明首先提供了一种共轭聚合物材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种共轭聚合物材料的制备方法，其包含如下步骤：

(1)取4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸与三甘醇单甲醚加入到有机溶剂A中，然后加入催化剂A进行反应；得4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸三乙二醇单甲醚酯；

(2)取4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸三乙二醇单甲醚酯与5,5'-二(三甲基锡)-2,2'-联二噻吩以及2,5-二(三甲基锡)-噻吩并[3,2-B]噻吩加入到有机溶剂B中，然后加入催化剂B进行反应，反应结束后取产物即得所述的共轭聚合物材料。

为了提高共轭聚合物材料用于聚合物太阳电池的能量转换效率(PCE)；发明人在研究中惊奇的发现，将4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸三乙二醇单甲醚酯与5,5'-二(三甲基锡)-2,2'-联二噻吩以及2,5-二(三甲基锡)-噻吩并[3,2-B]噻吩反应得到的共轭聚合物材料，其用于聚合物太阳电池后能量转化率达到了8.9％以上；与采用中国发明专利201410053489.9提供的一种带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3,4-b]噻吩共轭聚合物材料相比，得到了大幅的提高。

优选地，步骤(1)中4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸与三甘醇单甲醚的摩尔比为1:1。