[发明专利]一类噻唑并噻唑线性共轭聚合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一类噻唑并噻唑线性共轭聚合物及其制备方法与应用。本发明所提供的噻唑并噻唑类线性共轭聚合物的结构式如式I所示。本发明材料具有合适的电子能级、良好的结晶性、优良的光吸收和载流子传输性能，且与窄带隙n‑型受体材料在太阳光吸收上呈现出完美的互补性。因此，基于所述材料的有机太阳电池具有光谱响应范围宽，光利用率高、填充因子高等特点，实现了较高的能量转换效率。更重要的是，本发明提供的噻唑并噻唑类线性共轭聚合物具有化学结构简单、合成步骤少、产率高、便于衍生化合物制备等优点。基于以上优势，本发明提供的噻唑并噻唑类线性共轭聚合物有望成为一类重要的有机半导体材料，用于构筑低成本、高性能的有机光伏器件。

技术领域

本发明属于有机光电技术领域，具体涉及一类噻唑并噻唑线性共轭聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

有机太阳电池由于具有质轻、低成本、可通过溶液加工制备柔性和大面积器件等显著优点而备受关注。随着有机光电材料的发展，有机太阳电池的能量转化效率已经超过了18％。然而，目前高性能的聚合物给体大多具有复杂的合成路线和繁琐的纯化步骤，从而导致其合成成本高，难以大规模生产，这极大限制了有机太阳电池的商业化进程。因此，探索和开发低成本的高性能有机光电材料成为有机光伏领域亟待解决的问题。

线性共轭聚合物具有结构简单、合成容易和成本低的优势，引领了富勒烯时代有机太阳电池的发展。然而，由于线性共轭聚合物具有较强的结晶性和难以调控的光活性层形貌，基于线性共轭聚合物给体的非富勒烯有机太阳电池器件的性能远远落后于基于二维共轭聚合物给体的非富勒烯有机太阳电池器件的性能。噻唑并噻唑(TzTz)作为受体单元用于构建给体-受体交替的线性共轭聚合物，能够有效调节线性共轭聚合物的聚集特性和电子能级，并调控其与受体的相容性。更重要的是，基于噻唑并噻唑的线性共轭聚合物在维持优良的电池性能的同时，具有合成简单、产率高、纯化步骤少、成本低廉的优点，使其在有机光电材料的商业化应用方面更具优势。

发明内容

本发明的首要目的是设计一类噻唑并噻唑线性共轭聚合物，该类材料具有合成简单、产率高、便于衍生化合物制备、成本低等优点。

本发明的另一目的是在于提供上述噻唑并噻唑线性共轭聚合物的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述噻唑并噻唑线性共轭聚合物的应用。这类材料可以在有机太阳电池领域得到广泛的应用。

本发明所涉及的噻唑并噻唑类线性共轭聚合物，其结构式如式I所示：

式I中，R₁、R₂相同或不同，各自独立地表示氢原子、卤素原子、烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酰基、酰氧基、酰硫基、酯基、胺基、酰胺基、烯基、炔基、羧基或氰基；其中，所述烷基、烷氧基、烷硫基和硅烷基中所含的烷基为碳原子数1-25的直链或支链烷基。

Ar选自下述任意基团：

(1)乙烯基；

(2)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃或取代或未取代的硒吩；

(3)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃和取代或未取代的硒吩中任意至少两个基团之间直接或通过桥连原子构筑的芳香稠环；所述的至少两个基团中的基团两两之间可以相同或不同；

(4)由(1)、(2)和/或(3)所述的基团之间以键连形式构筑的共轭体系；

其中，所述取代的苯、取代的噻吩、取代的呋喃和取代的硒吩中的取代基均独立的表示为氢原子、卤素原子、烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、酰基、酰氧基、酰硫基、酯基、胺基、酰胺基、烯基、炔基、羧基或氰基；其中，所述烷基、烷氧基、烷硫基和硅烷基中所含的烷基为碳原子数1-25的直链或支链烷基。