[发明专利]一种带噻吩侧链的萘并二噻吩类二维共轭聚合物、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种带噻吩侧链的萘并二噻吩类二维共轭聚合物、制备方法及其用途，具体涉及一种5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物、制备方法及其在光电领域中的应用。 

背景技术

近年来，有机太阳能电池，特别是基于聚合物薄膜太阳能电池的研究引起了学界和产业界广泛的关注，这类电池有着无机半导体太阳能电池所无法比拟的优点，如成本低、重量轻、制备工艺简单、可制备成柔性器件等，呈现出了可观的研究和应用前景。通过对聚合物分子能级、吸收光谱以及堆积方式的调控，再加上对聚合物太阳能电池器件结构的优化，聚合物薄膜太阳能电池的光电转化效率已经突破了10%（J.B.You,L.T.Dou,K.Yoshimura,T.Kato,K.Ohya,T.Moriarty,K.Emery,C.C.Chen,J.Gao,G.Li,Y.Yang,Nat.Commun.2013,4,1446.），这一结果进一步激发了人们设计、合成新型高效率聚合物给体材料及不断优化器件结构的研究热情。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物，其具有优异的光电性能，是一种非常具有商业化应用前景的给体材料。 

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案： 

一种5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物，其具有如式（I）所示的结构： 

式中，R₁为取代或未取代的碳原子数为8到20的直链或支链的烷基；R₂和R₃均独立地选自氢或者取代或未取代的碳原子数为6到20的直链或支链的烷基；Ar选自取代的含有至少两个环的杂亚芳基；m代表聚合物中噻吩π桥的重复单元个数，为0或者1；n代表聚合物的重复单元数，其为1～10000之间的自然数。 

5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物作为聚合物给体材料，通过在萘环两侧横向扩展出两个噻吩单元形成一个刚性、大平面的分子结构，进一步扩大了聚合物分子的有效共轭面积，从而增强了聚合物分子间的π-π相互作用，有利于提高聚合物分子间的电荷传输性能。此外，通过在萘环两侧纵向引出带有烷基链的噻吩基团，一方面，使得聚合物分子在四氢呋喃、氯仿、氯苯和邻二氯苯等常用有机溶剂中具有了良好的溶解性，有利于聚合物太阳能电池器件中薄膜的制备；另一方面，使得聚合物分子形成了一种二维共轭结构，既有利于改善聚合物分子的吸收光谱，又有利于提高聚合物分子间的电荷迁移率。因此，5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物是一类具有良好的光电性能，且非常具有商业化应用前景的给体材料。 

优选地，所述Ar选自如下基团中的任意一种： 

其中，R为取代或未取代的碳原子数为8到20的直链或支链的烷基。 

示例性的5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物具有式（Ⅱ）所示的结构： 

式中，R₁、Ar以及n的限定同式（I）。 

示例性的5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物具有式（Ⅲ）所示的结构： 

R₁、R₂、Ar以及n的限定同式（I）。 

示例性的5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物具有式（Ⅳ）所示的结构： 

R₁、R₃、Ar以及n的限定同式（I）。 

通常，所述共轭聚合物的数均分子量为5000～1000000，优选数均分子量为10000～500000，进一步优选数均分子量为20000～300000。 

本发明制备的共轭聚合物的分散度较小，PDI具体可为1.3～2.0，例如1.30、1.91或1.99等。 

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的5,10-双(5-烷基噻吩-2-基)萘[1,2-b:5,6-b']二噻吩类二维共轭聚合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：