[发明专利]二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物材料及其制备方法与其在光电方面的应用。

背景技术

随着社会与经济的迅速发展，人类对化石能源的需求和使用量都迅猛增长。这不仅导致整个社会运行成本的提高，还带来了严重的环境污染问题。例如汽车使用数量的急剧增长直接导致传统化石能源如汽油、天然气等一次性能源的快速消耗，尾气的排放导致严重的环境污染等，都直接或间接制约着我们现代社会的可持续发展。因此，尽快发展绿色可再生能源已经成为我们的共识。太阳能电池作为清洁可再生能源的一个重要组成部分，近年来取得了长足的发展。太阳能电池技术已经逐渐渗入到人们的生活和生产中。小到太阳能计算器、太阳能路灯以及太阳能汽车，大到大规模光伏电站以及太空中的卫星电池等，太阳能电池都发挥了巨大的作用。近年来，有机(包括聚合物)光伏器件具有重量轻、成本低以及可以制成柔性大面积器件等突出优点，成为太阳能电池的研究热点。通过在分子基础上对种类繁多的有机材料进行设计合成，并对器件结构进行优化，有机(包括聚合物)太阳能电池的效率目前为止达到了9％以上，[Zhicai He，Chengmei Zhong，Shijian Su，Miao Xu，Hongbin Wu，Yong Cao.Nature photonics，2012，6，591-595.]很有希望进一步突破10％，成为未来能源利用的重要方式之一，其市场前景极其广阔。

设计与合成新型的聚合物光伏材料是进一步提高光伏效率的有效途径。芳香式-醌式结构的窄带隙聚合物成为高效率材料的重要选择。苯并二噻吩(简称BDT)作为芳香式电子给体与不同的电子受体聚合，取得了一系列高达5％以上效率的优异结果。[Lijun Huo，Jianhui Hou.Polymer Chemistry 2011，2，2453-2461]相比苯并二噻吩，一类共轭结构二噻吩并[2，3-d:2′，3′-d′]苯并[1，2-b:4，，5-b′]二噻吩单元(简称DTBDT)的平面性很好，分子链间较强的Pi-Pi堆积更容易形成高迁移率。利用这种平面对称性且高迁移率的特性，将它引入到小分子类高迁移率的材料中，已经有所报道。(WO2010000670A1；US20110155248A1；Li，L.；Gao，P.；Schuermann，K.；Ostendorp，S.；Wang，W.；Du，C.；Lei Y.；Fuchs，H.；Cola，L.；Mullen，K.；Chi，L.J.Am.Chem.Soc.2010，132，8807-8809；Wang，S.；Gao，P.；Liebewirth，I.；Kirchhoff，K.；Pang，S.；Feng，X.；Pisula，W.；Mullen，K.Chem.Mater.2011，23，4960-4964.)。但是在聚合物体系中，至今只有极少以DTBDT为主链的分子结构在有机光电领域的研究报道出现。(Yue Wu，Zhaojun Li，Xia Guo，Huili Fan，Lijun Huo and Jianhui Hou，J.Mater.Chem.，2012，22，21362-21365；Hae Jung Son，Luyao Lu，Wei Chen，Tao Xu，TianyueZhen，Bridget Carsten，Joseph Strzalka，Seth B.Darling，Lin X.Chen，Luping Yu，Advanced Materials 2013，25，838-843)由于聚合物链与链之间的堆积可以提供更大的共轭堆积，迁移率和光伏性能都有不同程度提高，因此可以利用DTBDT这种较高的迁移率和较好的分子平面性，设计出更高迁移率的聚合物光伏材料和高迁移率的器件。

发明内容

本发明目的在于提供一种含侧链共轭噻吩基的二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物材料及其制备方法。

本发明所提供的共轭聚合物，其结构式如式I所示：