[发明专利]一种含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，特别是涉及一种含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备与应用。

背景技术

制备成本低、效能高的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前已商业化的硅太阳能电池由于生产工艺复杂，无机半导体材料来源有限，价格昂贵，有毒，制备工艺复杂，成本高，应用受到限制。为了降低成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。聚合物太阳能电池因为原料价格低廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优点而具有优越的市场前景。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S Sariciftci,L.Smilowitz,A.J.Heeger,et al.Science,1992,258,1474）上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。

目前聚合物太阳能电池的能量转换效率仍然比硅太阳能电池低，原因之一是由于聚合物的载流子迁移率比无机单晶材料的迁移率低了好几个数量级。而目前使用的共轭聚合物光电池材料的吸收光谱与太阳光谱不能很好地匹配，是导致能量转移效率低的另一重要原因。为进一步提高聚合物太阳能电池的性能，可采用具有较宽吸收光谱的极窄带隙聚合物做给体和受体，提高对太阳光的吸收利用。

用于光电材料的含蒽和苯并噻二唑单元的共轭聚合物已见报道，但在实际应用中获得的能量转换效率依然较低，因此，开发新的聚合物材料，提高光电材料的能量转换效率对于有机太阳能电池的发展有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物，该共聚物中含有新的苯并二(苯并噻二唑)共轭单元，其吸收光谱发生红移，与太阳光谱的匹配度高，同时为平面共轭结构，载流子迁移速率高，能量转换效率高。

本发明的目的还在于提供含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的制备方法及应用。

第一方面，本发明提供一种含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物，为具有如下通式的化合物P：

式中，R₁，R₂为C₁~C₂₀的烷基，R₃、R₄为H、C₁~C₂₀的烷基或C₈的烷氧基，n为1~100之间的整数。

本发明的含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物结构中含有新的苯并二(苯并噻二唑)共轭单元，苯并噻二唑单元是常见的功能单元，具有优异的还原可逆性，与镁、铝等金属阴极的功函值接近，属于缺电子型芳香环化合物，具有强吸电子能力，是优良的受体单元，具有较好的电子传输性质，同时还可以调节材料的能隙，新的苯并二(苯并噻二唑)单元也具有相似功能，并且相关功能得到进一步改进和提高。

同时，本发明的含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物结构中含有蒽基团，蒽及其衍生物具有较好的载流子传输特性，其晶体室温下空穴迁移率可达3cm²/V·s，是一类优异的有机半导体材料，并且对太阳光的吸收范围宽，利于提高有机半导体材料与太阳光的匹配性，同时具有很好的稳定性和较好的成膜性，在光电材料领域应用广泛。

本发明在以上两种单元的基础上得到的具有新共轭平面结构的含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物，具有优异的太阳光匹配性、载流子迁移能力及结构灵活性，应用前景广阔。

第二方面，本发明提供一种含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物的制备方法，包括以下操作步骤：

提供化合物A和化合物B，化合物A和B的结构式分别为：

式中，R₁，R₂为相同或不同的C₁~C₂₀的烷基，R₃、R₄为H、C₁~C₂₀的烷基或C₈的烷氧基；

在惰性气体氛围中，按摩尔比1:1.5~1.5:1将所述化合物A和化合物B溶于有机溶剂中，加入碱溶液和催化剂，于50℃~120℃下进行Suzuki耦合反应6~108小时，得到含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物，所述含蒽-苯并二(苯并噻二唑)共聚物为具有如下通式的化合物P：

其中，n为1~100之间的整数。