[发明专利]二噻吩噻咯-喹喔啉类共轭聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机化合物合成技术领域，具体的说是涉及一种二噻吩噻咯-喹喔啉类共轭聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。聚合物太阳能电池因为原料价格低廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优点而备受关注，如果能够将其能量转化效率提高到接近商品硅太阳能电池的水平，其市场前景将是非常巨大的。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。目前，聚合物太阳能电池的研究主要集中于给体、受体共混体系，采用PCPDTBT与PCBM共混体系的能量转化效率已经达到6.5％，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体器件相对较低的载流子迁移率，器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利用以及载流子的电极收集效率低等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种二噻吩噻咯-喹喔啉类共轭聚合物，该聚合物能隙低，增加了载流子迁移率，提高了该聚合物的结晶性能，改善了电荷的传输性质，有较强的化学和结构可修饰性。

本发明的另一目的在于提供一种简单、产率高、易于操作和控制的二噻吩噻咯-喹喔啉类共轭聚合物的制备方法。

本发明进一步的目的在于提供上述二噻吩噻咯-喹喔啉类共轭聚合物在有机光电材料、聚合物太阳能电池、有机电致发光、有机场效应晶体管、有机光存储、有机非线性材料或/和有机激光领域中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种二噻吩噻咯-喹喔啉类共轭聚合物，其分子结构通式为下述(I)：

式中，x+y＝1、0＜x≤0.5，1＜n≤200的任一正整数，R₁选自C₁～C₂₀的烷基，R₂、R₃、R₄、R₅选自-H、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、含烷基或/和烷氧基噻吩基团、含烷基芴基团、含烷基咔唑基团、含烷基苯环基团中的至少一种。

以及，一种二噻吩噻咯-喹喔啉类共轭聚合物制备方法，包括如下步骤：

分别提供如下结构式表示的化合物A、B、C，

其中，R₁选自C₁～C₂₀的烷基，R₂、R₃、R₄、R₅选自-H、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、含烷基或/和烷氧基噻吩基团、含烷基芴基团、含烷基咔唑基团、含烷基苯环基团中的至少一种；

将化合物A、B、C按摩尔比为m∶p∶q在有机溶剂中进行聚合反应，获得如下结构通式为(I)表示的聚合物，其中，m＝p+q，且m＞p≥0，

结构通式为(I)中，x+y＝1、0＜x≤0.5，1＜n≤200的任一正整数。

本发明与现有技术相比具备以下优点：

1.二噻吩噻咯-喹喔啉类共轭聚合物分子中含有的二噻吩具有独特的结构，它的结构单元中的两个噻吩环在同一个平面上，该结构可以有效延长聚合物的共轭性能，降低聚合物的能隙，使得载流子在两个主链之间转移变得更加容易，增加了载流子迁移率；含有的二噻吩[3，2-b：2′，3′-d]噻咯单元是将环戊二烯(2，1-b：3，4-b′)二噻吩的结构中的C原子转换成Si原子，提高了该聚合物的结晶性能，改善了电荷的传输性质，减弱了双分子复合，使得该聚合物的载流子迁移率相对只含有二噻吩聚合物的载流子迁移率高出一个数量级；