[发明专利]氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子领域，具体涉及一种氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚 合物。

背景技术

能源是经济发展的支柱，全球人口数量的迅速增长和经济的快速发展使 得能源危机日益严峻，所以开发可再生的新能源就变得越来越迫切。太阳能 是一种本土的，可靠的，可再生的新能源，其利用、开发受到了国际社会的 广泛关注。聚合物太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的光电器件，其成 本低、制备过程简单、重量轻和可制备成柔性器件的优点近年来吸引了众人 的眼球，成为国内外的研究热点，当前该领域研究的焦点是开发高效的共轭 聚合物给体和受体材料作为光活性层应用于器件中来提高光电能量转换效 率。而受体材料目前主要以富勒烯的衍生物为主，就给体材料而言，材料的 HOMO能级决定了器件的开路电压，而开路电压正是影响器件光伏性能的主要 因素，为了获得良好性能的给体聚合物材料，一种常用的方法是将富电子单 元（D）与缺电子单元（A）交替引入共轭聚合物的主链形成D-A-D型聚合物， 这是目前给体聚合物研究的重点。

本身含有两个强电负性氮原子的喹喔啉及其衍生物作为一类新型的缺电 单元，近年来备受关注并取得良好成绩，例如Ergang Wang等合成TQ1与PCBM 共混，光电转换效率达到6.0%，[先进材料Adv.Mater.2010, 22(46),5240-5244]。由于HOMO能级是影响器件开路电压的主要因素，所以 2009年以来，氟原子因具有拉电子特性常被引入缺电单元，通过降低给体材 料的HOMO能级进而提升器件的光电转换效率。例如You Wei等合成 PBnDT-HTAZ的HOMO能级为-5.29eV，引入氟原子后(PBnDT-FTAZ)的HOMO能级 降为-5.36ev，开路电压由0.68V提升到0.76V，[J.Am.Chem.Soc. 2011,133(12),4625-4631]。Yang yang等人合成PBDTT-C的HOMO能级为 -5.12ev，引入氟原子后PBDTT-CF的HOMO能级降低为-5.22ev，开路电压由 0.7V升至0.76V，[自然光子Nature Photonics..2009,3,649-653]。鉴于以 上所述氟原子对材料性能的影响以及相关的理论研究，通过在喹喔啉这种缺 电子单元上引入氟原子，然后与富电单元聚合制备新型的含氟D-A-D型给体 聚合物有望进一步降低材料的HOMO能级，通过提升开路电压，进而提高器件 光伏性能，但是迄今有关此类材料的制备方法及其在光伏电池中的应用还未 见研究和报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的开发新型的氟代喹喔啉的D-A-D型 给体聚合物材料，满足聚合物光伏电池光活化层电子给体材料的需要。

本发明的另一个目的是利用氟原子的吸电子特性，降低聚合物材料的 HOMO能级，进而提升光伏电池的开路电压。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物，其结构通式如式Ⅰ所示：

式中，R₁为H或F原子；R₂是间位或对位碳原子数为4到20的直链或支链的 烷氧基苯基，或者是碳原子数为4到20的直链或支链的2-烷基噻吩基或2,3- 二烷基噻吩基。

本发明还有如下技术特点：

所述的氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物的结构如式Ⅱ所示：

所述的氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物的结构如式Ⅲ所示：

所述的氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物的结构如式Ⅳ所示：

所述的氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物的结构如式Ⅴ所示：

所述的氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物的结构如式Ⅵ所示：

所述的氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物的结构如式Ⅶ所示：

所述的氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物用于制备聚合物光伏电池的应 用。

为了实现上述目的，本发明公开的氟代喹喔啉与呋喃的共轭聚合物，按 照如下所示的反应历程进行：

具体的合成步骤如下：

（1）缺电单元含氟喹喔啉及其衍生物的制备