[发明专利]一种聚合物半导体材料和制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料制备技术领域，更具体的讲，本发明涉及一种可应用于太阳能电池的立构规整噻吩齐聚物与苯并噻二唑以及芴、苯或者联苯的嵌段共聚物及其制备方法。

背景技术

21世纪以来随着环境污染以及气候变暖问题的加剧，全球性的能源问题日益凸显，而太阳能因为具有分布普遍广阔，资源数量多，无污染，清洁，安全以及获取方便等突出优点而成为人们的希望；1992年Heeger及Yoshino两小组分别独立的发现了从聚合物到富勒烯存在着光诱导电子的转移，而且该光诱导的电子转移量子效率接近100%，各国科学家开始关注聚合物太阳能电池；经过近二十年的发展，人们在聚合物太阳能电池方面取得了飞速的进步，目前，聚合物太阳能电池的研究主要集中在给体-受体共混体系。

专利CN 100345888C描述了一种支链共轭聚噻吩衍生物材料的制备方法，将聚噻吩主链单元通过碳-碳双键与另一个芳香环、芳香杂环、或者它们的衍生物相连接，得到支链共轭聚噻吩衍生物，这种材料具有规整的共轭的支链结构，且具有较低的能隙，可应用在有机场效应晶体管、聚合物太阳能电池等领域；专利CN 101597279 B描述了一种聚噻吩类化合物的制备方法及应用，采用侧基接入给电子基团的方法，得到新型聚噻吩类化合物，是其主链的共轭长度增加，提高了聚合物的载流子迁移率和对太阳光的吸光度，该类化合物中存在含N的给电子基团，容易成膜，且提高了聚合物在膜中的结晶度，在制备太阳能电池中具有广泛的应用；专利CN 101831056 B描述了一种高光转化率的含氟聚噻吩光电材料及其制备方法，这种材料具有含氟聚噻吩受体-聚噻吩-聚噻吩给体的三嵌段高分子结构，其中含氟聚噻吩光电材料在聚噻吩结构中引入了强吸电子的含氟基团，提高了电子接受能力，合成的材料具有缺陷少、载流子损失率低和光转化率高的特点，故可用于有机薄膜太阳能电池领域，成为一种制备高转化率太阳能电池的理想材料；专利CN 101891879 A描述了一种聚噻吩衍生物的合成方法， 通过引入强吸电子的二酰亚胺基团，降低了聚合物的HOMO能级，同时聚合物有良好的结晶性能，可使用于光电组件上，如：有机薄膜晶体管、有机发光二极管或有机太阳能电池。

本发明采用Suzuki偶合反应以噻吩齐聚物为推电子单元，苯并噻二唑为拉电子单元再引入可溶性的芴、苯或者联苯形成D-π-A型共轭聚合物，这种聚合物具有规整的共轭结构，较低的能隙，较宽的吸收范围，较高的光转化效率以及良好的成膜性，应用于聚合物太阳能电池时具有较好的开路光电压和光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以Suzuki反应法合成的一种新型的可应用于太阳能电池的立构规整噻吩齐聚物与苯并噻二唑以及芴、苯或者联苯的嵌段共聚物及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种聚合物半导体材料，其特征在于：所述聚合物半导体材料的结构式如下：

；

其中：x为0.1-0.4，R为H或(CH₂)yCH₃，其中y数目为1-11，聚合度n为1-7；其中所述Ar为、或；

其中R1为H或(CH₂)zCH₃，其中z数目为1-11，所述聚合物半导体材料的数均分子量为5000-10000，其中m为10-100。

上述的聚合物半导体材料的制备方法，按照下述步骤进行；

（1）在反应容器中加入立构规整的噻吩齐聚物、4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑、芴、苯或者联苯的二硼酸酯、催化剂、配体、弱碱，再向容器中加入溶剂，将反应容器抽真空后充氮气，加热至90℃，搅拌下反应12小时以上；再加入苯硼酸反应2小时，最后添加溴代苯反应2小时；

（2）反应结束后，将所得产物依次加入甲醇沉淀、过滤回收沉淀、氯仿溶解沉淀物、过柱(其中固相为硅胶，流动相为氯仿)、旋转蒸发仪蒸发浓缩、再加入甲醇沉淀、过滤回收沉淀、真空干燥处理，最终得到固体产品即为目标产物。

其中所述立构规整的噻吩齐聚物如下面的结构式Ⅰ所示，其聚合度n为1-7，其中R为H或(CH₂)xCH₃，x数目为1-11；4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑如下面的结构式Ⅱ所示；芴、苯以及联苯的二硼酸酯分别如下面的结构式Ⅲ、Ⅳ以及Ⅴ所示，其中R1为H或(CH₂)zCH₃，其中z数目为1-11。