[发明专利]一种喹喔啉基共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池材料领域，尤其涉及一种喹喔啉基共聚物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。目前用于地面的硅晶电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低电池成本，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。有机半导体材料以其原料易得、廉价、制备工艺简单、环境稳定性好、有良好的光伏效应等优点备受关注。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，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体材料的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，有机半导体相对较低的载流子迁移率以及较低的载流子的电极收集效率等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，进而大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种可以提高光电转化效率的喹喔啉基共聚物。

本发明提供的一种喹喔啉基共聚物，其为如下结构式表示的共聚物：

式中，R为C₁～C₂₀的烷基，n为40～100的整数。

本发明另一目的在于提供一种合成路线简单、材料价廉易得的喹喔啉基共聚物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

其中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基；

在无氧环境下，将摩尔比为1:1～1.2的化合物A和B添加入含有催化剂的有机溶剂的有机溶剂中，于70～130℃下进行Stille耦合反应6～60小时，降温后停止聚合反应，分离提纯反应液，得如下结构式表示的所述喹喔啉基共聚物：

其中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为40～100的整数。

所述制备方法中，双三苯基膦二氯化钯、四三苯基膦钯或者有机钯与有机膦配体的混合物；所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100；其中，有机钯与有机膦配体的混合物中，有机钯为醋酸钯或三二氩苄基丙酮二钯，有机膦配体为三(邻甲基苯基)膦或者2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯，且有机钯与有机膦配体的摩尔比为1:4～8。

在优选的实施例中，有机溶剂选自溶剂为甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

在优选的实施例中，Stille耦合反应的反应温度为70～130℃，反应时间为6～60小时。

在优选的实施例中，分离提纯反应液包括：

Stille耦合反应停止后，向反应液中加入甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到粉末，收集粉末后在真空下50℃干燥24h，得到所述喹喔啉基共聚物。

在优选的实施例中，无氧环境由氮气、氩气中的至少一种构成。

本发明的又一目的在于提供上述喹喔啉基共聚物在有机太阳能电池活化层中作为电子给体材料的应用。

本发明的喹喔啉基共聚物，其结构中，喹喔啉是一个优良的电子受体单元，非常有潜力应用于有机太阳能电池中，苯环上经过烷氧基链的修饰，有利于提高聚合物溶解性能和成膜性能；咔唑是一种具有刚性平面结构的杂环化合物，它具有较高的热稳定性和空穴传输性能；将上述喹喔啉基共聚物应用于太阳能电池中可以解决有机电致发光器件低效率问题。

在上述喹喔啉基共聚物的制备方法中，采用较简单的合成路线，从而减少工艺流程，材料价廉易得，降低制造成本。该材料结构新颖，溶解性能良好，成膜性能优良。

附图说明

图1为实施例1制得的喹喔啉基共聚物紫外可见吸收光谱图；

图2为实施例6制得的有机太阳能电池结构示意图。

具体实施方式