[发明专利]含二噻吩吡咯-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电子材料领域，特别是涉及一种含二噻吩吡咯-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

高效率太阳能电池通常是以无机半导体为原料，但目前市场上主要的硅晶太阳能电池由于生产过程工艺复杂，污染严重，耗能大，成本高，抑制了其商业化应用的发展。因此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。有机半导体材料一方面由于有机材料的环境稳定性好、合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好；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，成为最为廉价和有吸引力的太阳能电池材料。除此之外，有机太阳能电池的潜在优势还包括：可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等。

苯并噻二唑单元具有优异的还原可逆性，与镁、铝等金属阴极的功函值非常接近；属于缺电子型芳香环化合物，具有强吸电子能力，是一种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。然而，现有的含有苯并噻二唑单元的聚合物的能带隙（HOMO能级与LUMO能级之间的能级差）较宽，降低了对太阳能光谱中光子的吸收率，从而使得使用含有苯并噻二唑单元单元的聚合物的有机太阳能电池的能量转换效率较低。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高太阳能电池器件的能量转换效率的含二噻吩吡咯-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物及其制备方法和应用。

一种含二噻吩吡咯-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，具有以下结构式：

其中，n为1~100的整数；R₁、R₂、R₃、R₄为C₁~C₂₀的烷基。

一种含二噻吩吡咯-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的制备方法，包括如下步骤：

提供化合物A和化合物B，化合物A的结构式为：

其中，R₁、R₂为C₁~C₂₀的烷基；

化合物B的结构式为：

其中，R₃为C₁~C₂₀的烷基；

在无氧状态下，将摩尔比为1∶1.5~1.5:1化合物A和化合物B在含有有机钯催化剂及的有机溶剂中进行Stille耦合反应，其中，所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:2000~1:5，分离纯化后得到含二噻吩吡咯-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物，所述含二噻吩吡咯-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物的分子通式为：

其中，n为1~100的整数。

在优选的实施例中，所述分离纯化的步骤为：

往反应体系中加入甲苯及去离子水进行萃取，取有机相，用减压蒸馏的方法除去所述有机相的至少部分溶剂，再将所述有机相滴入到无水甲醇中沉析，抽滤、烘干后得到固体粉末，再将所述固体粉末用氯仿溶解，用中性氧化铝过层析柱，除去氯仿，再次用甲醇沉析，过滤后得到的固体用丙酮抽提后再次用甲醇沉析，过滤后干燥得到提纯后的含二噻吩吡咯-噻咯并二(苯并噻二唑)共聚物。

在优选的实施例中，所述Stille耦合反应的反应温度为50℃~120℃，反应时间为6小时~100小时。

在优选的实施例中，所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙醚、苯及甲苯中的至少一种。

在优选的实施例中，所述化合物A采用如下方法制备：

提供如下结构式表示的化合物C和化合物D，

C为:D为：其中R₁、R₂为C₁~C₂₀的烷基；

在无氧反应条件下，往化合物C中注入N,N-二甲基甲酰胺，在-90°C下缓慢加入正丁基锂，搅拌反应2小时，其中正丁基锂与化合物C的摩尔比为x，2≤x﹤4，然后加入化合物D，升温到室温后反应10小时，分离纯化得到所述化合物A，其中，化合物D与化合物C的摩尔比为2:1。

在优选的实施例中，所述分离纯化得到所述化合物A的步骤为：

反应结束后，水淋洗，用无水乙醚萃取，将有机层用无水硫酸钠干燥，过滤后减压蒸馏除去溶剂，再用硅胶层析柱分离得到提纯后的化合物A。

在优选的实施例中，所述化合物B采用如下方法制备：