[发明专利]含双噻吩并吡咯单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物及其制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及共轭聚合物，尤其涉及一种含双噻吩并吡咯单元苝四羧酸二酰亚胺共聚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研究的热点和难点。传统的用于地面的硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，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。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE(N.S Sariciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，et al.Science，1992，258，1474)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。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PTB7与PC₇₁BM共混体系的能量转化效率已经达到7.4％(Y.Liang et al.，Adv.Mater.；DOI：10.1002/adma.200903528)，但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。

苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物具有大的共苯环平面结构和两个亚胺环结构，在可见光区域有很强的吸收，具有较高的光、热和环境稳定性，同时具有较高电子亲和能(较低的LUMO能级)，并且由于其共轭大π键之间的π-π堆叠使沿堆叠方向具有很高的电子迁移率，因此，它在有机太阳电池等多种领域都显现出广阔的应用前景。但是，由于苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物含有大的平面共轭体系和良好的分子共平面性，分子间大π键的相互作用很强，具有较大的晶格能，因而其溶解性较差，在成膜加工性能较差，导致制备的器件很容易发生相分离问题，影响激子扩散的效率，从而导致能量的损失。另外，由于苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物的吸收光谱主要集中在可见区，吸收范围还不够宽，与太阳光的发射光谱匹配度还不够高，不能有效地利用太阳光，也会降低有机太阳能电池的光电转换效率。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种溶解性好，光吸收范围宽的双噻吩并吡咯单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物。

一种含双噻吩并吡咯单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，结构式为：

其中，n为1～100之间的整数；R₁，R₂，R₃为氢、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀烷氧基苯或者苯基；R₄为C₁～C₂₀的烷基。

同时，还有必要提供一种溶解性好，光吸收范围宽的双噻吩并吡咯单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物的制备方法，首先分别提供如下结构式标示的化合物A、B；

其中，R₁，R₂，R₃为氢、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀烷氧基苯或者苯基；R₄为C₁～C₂₀的烷基；然后在无氧环境中，有机溶剂和催化剂存在条件下，将化合物A和B进行Stille偶合反应，得到如下结构通式为(I)表示的含双噻吩并吡咯单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物溶液：

其中，n为1-100之间的整数。

优选的，所述Stille偶合反应步骤中，所述化合物A、B的摩尔比为1～1.5∶1；所述Stille偶合的反应温度为50-120℃，反应时间为24-72h。

优选的，所述催化剂的用量占化合物A、B总摩尔用量的0.01％～5％。

优选的，所述催化剂为有机钯或有机钯与有机膦配体的混合物；所述有机钯为Pd₂(dba)₃、Pd(PPh₃)₄或Pd(PPh₃)₂Cl₂；所述有机膦配体为P(o-Tol)₃。