[发明专利]含苯并噻二唑单元的苯并二噻吩类共聚物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，尤其涉及一种含苯并噻二唑单元的苯并二噻吩类共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

有机太阳能电池由于具有无机太阳能电池无法比拟的一些优点，如成本低廉，制作工艺简单，产品重量轻，可大面积柔性制备等优点而作为一种具有潜力的可再生能源受到人们的广泛关注。在过去的十年里，有机太阳能电池的性能有了稳步提高，能量转换效率已接近10%。尽管有机太阳能电池的能量转换效率得到了大幅提高，但是，到目前为止，有机太阳能电池的光电转换效率比无机太阳能电池还是要低很多。因此，要想实现有机太阳能电池的商业化，开发新型的有机半导体材料对于提高有机太阳能电池的效率具有重要意义。

由于近年来在共轭聚合物的设计和器件制造工艺上的进步，聚合物太阳能电池的效率已取得很大提高。聚合物太阳能电池未来面临的挑战之一就是合成新型的P-型共轭聚合物，它需要具备以下特点：（a）良好的溶解性，有利于溶剂加工，实现工业化生产(b)对整个太阳光光谱有宽而强的吸收(c)高的载流子迁移率，有利于载流子传输。其中如何拓宽聚合物材料的光吸收范围，使其光吸收范围最大程度地覆盖整个太阳光光谱将是研究的重点。在半导体聚合物骨架中选择合适的单体，有利于将聚合物的光吸收范围拓宽到红外、近红外光区。其中的策略之一是在聚合物骨架中引入富电子的给体单元和缺电子的受体单元。通过给受体中这种“推-拉电子”的相互作用，降低共轭聚合物的能隙，使其吸收带向红外及近红外低能波段移动。

苯并噻二吩类衍生物，两个噻吩通过苯环稠环在一个平面内，增强了其平面性和刚性结构，具有较高的光、热和环境稳定性。位于中心的苯环降低了两侧噻吩环的富电子数，使其具有较低的HOMO能级。由于其扩展的共轭大π键体系，π键之间的π-π堆叠具有较高的载流子迁移率,因此，它在有机电子等领域都显现出广阔的应用前景。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种可以提高有机半导体器件的光电转换效率的含苯并噻二唑单元的苯并二噻吩类共聚物。

本发明的技术方案如下：

一种含苯并噻二唑单元的苯并二噻吩类共聚物，具有如下结构通式：

式中：n为10~60之间的整数；R₁、R₂相同或不同地为H、C₁~C₁₆的烷基；R₃相同或不同地为H、C₁~C₁₆的烷基、C₁~C₁₆的烷氧基或噻吩基；R₄相同或不同地为H、C₁~C₁₆的烷基或C₁~C₁₆的烷氧基；R₅、R₆相同或不同地表示为H或C₁-C₁₆的烷基、C₁~C₁₆烷氧基或F。

所述共聚物，其中，优选n为12~50之间的整数。

本发明提供上述含苯并噻二唑单元的苯并二噻吩类共聚物的制备方法，包括如下步骤：

无氧环境下，将结构式为的化合物M1与结构式为的化合物M2按照摩尔比1∶1~1.5:1的比例加入催化剂存在的有机溶剂（如，四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、苯和甲苯中的至少一种）中、于60～120℃下Stille耦合反应12~72小时，停止反应，获得结构式为的含苯并噻二唑单元的苯并二噻吩类共聚物；

上述各式中，n为10~60之间的整数；R₁、R₂相同或不同地为H、C₁~C₁₆的烷基；R₃相同或不同地为H、C₁~C₁₆的烷基、C₁~C₁₆的烷氧基或噻吩基；R₄相同或不同地为H、C₁~C₁₆的烷基或C₁~C₁₆的烷氧基；R₅、R₆相同或不同地表示为H或C_1-C₁₆的烷基、C₁~C₁₆烷氧基或F。