[发明专利]一种仿生蜂窝状大孔有序结构给受体半导体聚合物薄膜、制备方法及其应用

摘要

一种仿生蜂窝状大孔有序结构给受体半导体聚合物薄膜、制备方法及其在光电转换方面的应用，属于高分子纳米结构及能量存储与转换技术领域。本发明所采用的半导体聚合物具有给受体结构，使其吸收光谱覆盖大部分可见光区域。本发明采用水面扩展法，在水面自组装形成的仿生蜂窝状大孔薄膜。本发明的薄膜具有大范围的有序仿生蜂窝状大孔结构，可以有效的增加入射光在膜内的漫反射，增强光能利用；同时增加了薄膜与电解质的接触面积；给受体分子结构有利于电荷在膜内传递，从而提高了光能转换为电能的转换效率。与其没有结构的平滑膜相比，仿生蜂窝状大孔膜的光电流比零偏压下的平滑膜的光电流高十倍，有希望成为聚合物太阳能电池中实际应用的材料。

主权项

1.一种仿生蜂窝状大孔有序结构给受体半导体聚合物薄膜的制备方法，其步骤如下：1)给受体结构半导体聚合物PID‑TBT的合成：a)1,1'‑双(2‑乙基己基)‑6,6'‑双(4,4,5,5‑四甲基‑1,3,2‑二氧杂环戊烯‑2‑基)‑[3,3N'‑二茚满亚基]‑2,2'‑二酮(ID‑B)的合成：将1～2g 6,6'‑二溴‑1,1'‑双(2‑乙基己基)‑[3,3'‑二茚满亚基]‑2,2'‑二酮，1.5～3g双(频哪醇合)二硼，0.07～0.1g[1,1'‑双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯，0.9～2g乙酸钾溶解在20～30mL无水1,4‑二氧六环中；混合溶液在氮气保护、60～80℃下加热36～72小时，然后冷却至室温；通过硅胶干燥柱色谱纯化后，得到最终产物ID‑B，为深棕色固体，其中二氯甲烷：正己烷的体积比＝1：1作为洗脱剂；b)给受体结构半导体聚合物PID‑TBT的合成：将0.7～1.2g ID‑B，0.6～1.2g 4,7‑二(5‑溴‑4‑己基‑噻吩‑2‑基)‑苯并噻二唑，0.02～0.04g四丁基溴化铵，12～18mL浓度为2M碳酸钠水溶液，在氮气保护下加入到20～40mL甲苯中，搅拌30～60分钟后加入0.02～0.04g四(三苯基磷)钯，70～95℃下加热搅拌48～72小时；封端反应，方法1)，向上述体系中加入溶有0.04～0.08g(4,4,5,5‑四甲基‑1,3,2‑二氧杂硼杂环戊烷‑2‑基)苯的1～5mL甲苯溶液；继续搅拌3～5小时后，注入0.4～0.6mL溴苯，并进一步搅拌3～5小时后停止加热；方法2)，向上述体系中加入0.07～0.1g苯硼酸，继续回流20～40小时后停止加热；待方法1)或方法2)的混合物冷却至室温后，将混合物缓慢的倒入甲醇中，过滤后得到粗产物；将粗产物用索氏提取器提纯50～70小时后，用四氢呋喃溶解并过滤后，甲醇沉淀产物，得到分子式如下所示的半导体聚合物PID‑TBT，2)仿生蜂窝状大孔有序结构给受体半导体聚合物薄膜的制备：将10～100mg PID‑TBT加入到1～10mL有机溶剂或二硫化碳中，充分溶解后取10～80μL溶液浇筑到水表面上，待有机溶剂或二硫化碳完全蒸发后，从而在水表面上留下直径为0.5～1.5cm、厚度为1～5μm的蓝棕色的PID‑TBT薄膜；然后将该PID‑TBT薄膜利用垂直提拉的方法转移到基底上，待水分完全蒸发后，在基底表面得到PID‑TBT仿生蜂窝状大孔有序结构薄膜。