[发明专利]连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物及其制备、用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种可溶液加工的有机半导体材料，尤其是一种连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物及其制备、用途。

背景技术

将太阳能直接转化为电能被看作最有效的利用太阳能的方法之一，因此相关技术的研究受到广泛关注。1954年，美国贝尔实验室的Chapin等人，首次报道了基于硅单质的p—n结器件，达到了6％的太阳能能量转化效率，这一里程碑事件，标志着光伏研究从实验室理论研究进入到实用技术开发的全新研究阶段。新型半导体材料的研究又分为新型无机半导体材料和新型有机半导体材料。到目前为止，无机太阳能电池的能量转化效率已经达到25％以上。但是，无机半导体材料生产制造耗能高、成本高，在制造过程中会产生一些剧毒物质；产品不具有柔韧性导致不易加工；而且窄能带隙半导体会产生严重的光腐蚀。正是由于无机太阳能电池材料的这些缺点，大大限制了其大范围应用。相比之下，有机太阳能电池材料具有这些优点：重量轻，可制作柔性器件，易于通过化学结构的修饰来调控相应器件的性能。作为一类特殊的有机材料，聚合物太阳能电池材料除了具备以上这些有机材料的优点之外，还具有一个非常重要的特点：可溶液加工。典型的溶液加工方法主要包括：喷墨打印和旋涂。溶液加工方法的使用能大大降低加工成本，同时易于制作大面积器件。因此，聚合物太阳能电池材料可溶液加工的这一优点尤其受到工业界的关注。因此设计和合成综合性能优良的新型共轭聚合物材料对提高太阳能电池综合性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物及其制备方法、用途。本发明的连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物含有柔性的易于分子链排列的双键羟吲哚基团和侧链为促进溶解性的烷基链，属于可溶液加工的主链共轭低能带隙聚合物，聚合物太阳能电池研究表明这类材料具有较高的薄膜光伏应用潜力。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物，所述半导体聚合物的结构式如式(I)所示：

其中50>n>1。优选，43>n>6。

第二方面，本发明还涉及前述的连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物的制备方法，所述半导体聚合物的制备方法包含如下步骤：

步骤一，以吡啶为催化剂、以无水乙醇为溶剂，6-溴羟吲哚与二醛基连二噻吩反应生成化合物2；

步骤二，以无水碳酸钾为催化剂、以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，化合物2与1-碘-2-辛基十二烷反应生成化合物M2TM；

步骤三，以Pd(dba)₃(三(二亚苄基丙酮)二钯)为催化剂、以P(o-tol)₃(三(邻甲基苯基)膦)为配体、以无水甲苯为溶剂，化合物M2TM与苯并二噻吩反应生成所述半导体聚合物。

优选地，步骤一中，所述6-溴羟吲哚与二醛基连二噻吩的摩尔比为2：1，反应时间为12～36小时，反应温度为50～80℃。

优选地，步骤二中，所述化合物2与1-碘-2-辛基十二烷的摩尔比为1：2～1：4，反应温度为90～130℃。

优选地，步骤三中，所述化合物M2TM与苯并二噻吩的摩尔比为1：1，反应时间为2～8小时，反应温度为60～100℃。

第三方面，本发明还涉及前述的连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物作为空穴传输材料在聚合物薄膜太阳能电池中的用途。

优选地，所述连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物与PC₆₁BM共混作为半导体有机层。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明披露的合成方法简单有效；本发明的萘并二呋喃基的半导体聚合物含有柔性的易于分子链排列的双键羟吲哚基团和侧链为促进溶解性的烷基链，属于可溶液加工的主链共轭低能带隙聚合物，聚合物太阳能电池研究表明这类材料具有较高的薄膜光伏应用潜力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例1单体M2TM与聚合物PBDT—M2TM合成路线图；

图2为实施例1聚合物PBDT—M2TM核磁氢谱图；

图3为聚合物PBDT—M2TM的凝胶渗透色谱图；

图4为聚合物PBDT—M2TM在氯仿中与薄膜的紫外吸收光谱图；

图5为聚合物PBDT—M2TM的循环伏安曲线图；