[发明专利]含蒽和吡咯并吡咯二酮单元的聚合物材料及其制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及有机半导体材料领域，尤其涉及一种含蒽和吡咯并吡咯二酮单元的有机半导体及其制备方法和应用。

【背景技术】

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。聚合物材料一方面由于有机材料的环境稳定性好、制备成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性好；另一方面由于有机太阳能电池加工过程相对简单，可低温操作，器件制作成本也较低等优点而备受关注，成为廉价和有吸引力的太阳能电池材料。

吡咯并吡咯二酮或其衍生物对光、热和不同气候环境具有极高的稳定性，但由于分子结构中有较强的π-π共轭和分子氢键，其溶解性较差，从而成膜加工性能较差，导致制备的器件很容易发生相分离问题，影响激子扩散的效率，能量的损失较高。同时，吡咯并吡咯或其衍生物的吸收光谱窄，与太阳光的发射光谱匹配度还不够高，不能有效地利用太阳光，也会降低有机太阳能电池的光电转换效率。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种溶解性好、光吸收范围宽的含蒽和吡咯并吡咯二酮单元的聚合物材料。

一种含蒽和吡咯并吡咯二酮单元的聚合物材料，具有以下结构式(Ⅲ)：

其中，n为1～200的自然数；R₁、R₂为氢、卤素、氰基、C₁～C₄₀的烷基、芳基或杂芳基；R₃为氢或C₁～C₄₀的烷基；R₄为氢、C₁～C₄₀的烷基、C₁～C₄₀的烷氧基、C₆～C₄₀的芳基、C₆～C₄₀的芳烷基或C₆～C₄₀的芳基烷氧基。

同时，针对上述聚合物材料还有必要提供一种其制备方法。

上述含蒽和吡咯并吡咯二酮单元的聚合物材料的制备方法，在无氧条件下，将9，10-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二杂氧戊硼烷)基蒽或其衍生物(Ⅰ)与2，5-二烷基-3，6-二(5-溴-联二噻吩或其衍生物)基-吡咯并吡咯二酮(Ⅱ)按摩尔比1∶1～1∶4在催化剂、碱溶液及溶剂中进行Suzuki反应，得到含蒽和吡咯并吡咯二酮单元的聚合物(Ⅲ)，反应式如下：

其中，n为1～200的自然数，R₁、R₂为选自氢、卤素、氰基、C₁～C₄₀的烷基、芳基或杂芳基；R₃为选自氢或C₁～C₄₀的烷基；R₄为选自氢，C₁～C₄₀的烷基、C₁～C₄₀的烷氧基、C₆～C₄₀的芳基、C₆～C₄₀的芳烷基、C₆～C₄₀的芳基烷氧基。

优选的，所述催化剂为Pd(PPh₃)₄、Pd₂(dba)₃/P(o-Tol)₃或Pd(PPh₃)₂Cl₂中的一种；催化剂的用量为9，10-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二杂氧戊硼烷)基蒽或其衍生物(Ⅰ)摩尔量的0.5％～10％；所述碱溶液为NaOH水溶液、Na₂CO₃水溶液、NaHCO₃水溶液或四乙基氢氧化铵水溶液中的至少一种；碱溶液中碱的用量为9，10-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二杂氧戊硼烷)基蒽或其衍生物(Ⅰ)摩尔量的5～10倍；所述溶剂为甲苯、乙二醇二甲醚、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷或乙酸乙酯中的至少一种。

优选的，所述Suzuki反应的反应温度为60℃-100℃，反应时间为12h～72h。