[发明专利]含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，特别是涉及含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备方法与应用。

背景技术

制备成本低、效能高的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前已商业化的硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，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具有优越的市场前景。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。

目前聚合物太阳能电池的能量转换效率仍然比硅太阳能电池低，原因之一是由于聚合物的载流子迁移率比无机单晶材料的迁移率低了好几个数量级。而目前使用的共轭聚合物光电池材料的吸收光谱与太阳光谱不能很好地匹配，是导致能量转移效率低的另一重要原因。为进一步提高聚合物太阳能电池的性能，可采用具有较宽吸收光谱的极窄带隙聚合物做给体和受体，提高对太阳能的吸收利用。

用于光电材料的含有噻吩单元和苯并噻二唑单元的共轭聚合物已见报道，但在实际应用中获得的能量转换效率依然较低，因此，开发新的聚合物材料，提高光电材料的能量转换效率对于有机太阳能电池的发展有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物，含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物含有新的苯并二(苯并噻二唑)共轭单元，其吸收光谱发生红移，与太阳光谱的匹配度高，同时为平面共轭结构，载流子迁移速率高，从而提高能量转换效率。

本发明的目的还在于提供含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的制备方法及应用。

第一方面，本发明提供了一种含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物，为如下结构式所示的化合物P：

式中，R₁，R₂独立地为C₁~C₂₀的烷基，R₃为H或C₁~C₂₀的烷基，n为1~100之间的整数。

本发明提供的一种含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的结构中既含有苯并噻二唑单元，又含有并[3,2-b]二噻吩，其中，苯并噻二唑单元是常见的功能单元，具有优异的还原可逆性，与镁、铝等金属阴极的功函值非常接近，属于缺电子型芳香环化合物，具有强吸电子能力，是一种优良的受体单元具有较好的电子传输性质，同时还可以调节材料的能隙，扩大材料的光吸收范围。新的苯并二(苯并噻二唑)单元也具有相似功能，并且相关功能得到进一步改进和提高。并[3,2-b]二噻吩具有良好的电子堆积性能，在作为组成单元时可以使聚合物具有较高的载流子迁移率，可在主链引进官能团修饰，从而改变并[3,2-b]二噻吩的带隙，目前已经广泛应用与有机发光二极管、有机太阳能电池、场效应晶体管等光电材料中。本发明在苯并二(苯并噻二唑)和并[3,2-b]二噻吩两种单元的基础上得到的具有新共轭平面结构的含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物，具有优异的载流子迁移能力及结构灵活性，应用前景广阔。

本发明提供的一种含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的结构还含有菲结构，菲由三个六元环并成，所有原子在同一个平面上，具有良好电子空穴传输能力，而且分子的刚性有利于提高材料的热稳定性能，而且菲的9，10位容易修饰，可以利用简便的方法引入供电子基团和受电子基团，调节其供/吸电子性能。

第二方面，本发明提供了含并[3,2-b]二噻吩-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的制备方法，包括以下操作步骤：

分别提供如下结构式表示的化合物A和化合物B：

式中，R₁，R₂独立地为C₁~C₂₀的烷基，R₃为H或C₁~C₂₀的烷基；