[发明专利]一种嵌段共轭聚合物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备有机光伏器件的聚合物及其制备方法和用途。

背景技术

由于对廉价的可再生能源利用的需要，越来越多的科研工作者将目光转向了高效、廉价的光伏器件的领域。以聚合物为基础的有机光伏体系相比于无机半导体材料具有廉价、容易制备的优势，同时，有机光伏器件的潜在优势在于它可以制备大面积的柔性器件，这是无机半导体材料所无法达到的。近些年来，有机光伏器件的光电转换效率不断攀升，目前已达到了6％。但是就目前有机太阳能电池的报道中来看，聚合物活性层较差的太阳光谱匹配是一个最突出的缺点。目前的报道中聚合物都是一类吸收光谱比较窄的聚合物，该类聚合物只吸收了太阳光辐射的小部分能量。针对这一问题有研究小组制备了一系列的窄带系的聚合物来拓宽聚合物活性层的吸光范围。窄带系的聚合物可以增加其在长波方向的太阳光的吸收，但是它同时也存在一个致命的弱点，失去了在短波尤其在450-650nm范围的太阳光。另外，其它的一些研究者通过改变器件的结构制备双层太阳能器件来提高它对太阳光的吸收，从而提高其对太阳光的有效利用率。但是，双层太阳能电池的制备过程比较复杂，溶液制备的双层太阳能电池由于溶剂的不相容性并没有被广泛的认可。因此，从聚合物的结构入手，找到一种既可以拓宽其吸收光谱又不至于损失聚合物在短波方向吸收的方法是制备高效的有机光伏器件的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制备高效的有机光伏器件的聚合物，以拓宽现有的这类聚合物的吸收光谱，同时不损失现有的这类聚合物在短波方向的吸收性能。

本发明提供的用于制备高效的有机光伏器件的聚合物为如下式I结构的嵌段共轭聚合物，

(式I)

其中，Ar代表聚合物主链的芳香环单元，为苯，噻吩，芴，咔唑，硅芳香杂环或者噻唑杂环类芳香结构；R₁，R₂分别是[1，2，5]-噻二唑并[3，4-g]喹喔啉和苯并噻二唑的取代基团，分别为选自氢原子、饱和烷烃、双键烷烃、三键烷烃、醚氧链、烷基链胺和巯基类结构中的一种；m，n为聚合物主链的结构重复单元数，m+n数值是大于或等于4的整数且m≥0，n≥0。

较佳地，所述嵌段共轭聚合物为式II结构的聚合物，

(式II)

这里，R为碳原子数为1-32的饱和烷基，m+n数值是大于或等于4的整数且m≥0，n≥0。

或为式III结构的聚合物，

(式III)

这里，R为碳原子数为1-32的饱和烷基，m+n数值是大于或等于4的整数且m≥0，n≥0。

式II结构的嵌段共轭聚合物的制备方法，是将2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼烷-2-基)-9，9-二烷基芴、4，7-二(5-溴代噻吩-2-基)-5，6-二(烷氧基)-[1，2，5]-苯并噻二唑、4，9-二(5-溴代噻吩-2-基)-6，7-二烷基-[1，2，5]-噻二唑并[3，4-g]喹喔啉在四(三苯基膦)钯催化下在100-120C温度下反应24-48小时，得到式II结构的嵌段共轭聚合物。

式III结构的嵌段共轭聚合物的制备方法，是将2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼烷-2-基)-9，9-二烷基芴、4，7-二(5-溴代噻吩-2-基)-[1，2，5]-苯并噻二唑、4，9-二(5-溴代噻吩-2-基)-6，7-二烷基-[1，2，5]-噻二唑并[3，4-g]喹喔啉在四(三苯基膦)钯催化下在100-120C温度下反应24-48小时，得到式III结构的嵌段共轭聚合物。

4，9-二(5-溴代噻吩-2-基)-6，7-二烷基-[1，2，5]-噻二唑并[3，4-g]-喹喔啉是由如下步骤制备得到的：

1)将二氯亚砜滴入溶有邻苯二胺的吡啶溶液中，加热反应后得到苯并[c][1，2，5]噻二唑；

2)将苯并[c][1，2，5]噻二唑加入氢溴酸中，回流搅拌，然后缓慢滴加液溴，反应得到4，7-二溴苯并[c][1，2，5]噻二唑；

3)将4，7-二溴苯并[c][1，2，5]噻二唑缓慢加入浓硫酸、浓硝酸的混合溶液中，室温反应得到4，7-二溴-5，6-二硝基苯并[c][1，2，5]噻二唑；

4)4，7-二溴-5，6-二硝基苯并[c][1，2，5]噻二唑、三丁基(噻吩-2-基)锡加入甲苯中，在四(三苯基膦)钯催化下在100-120C温度下反应24-48小时得到5，6-二硝基-4，7-二(噻吩-2-基)-苯并[c][1，2，5]噻二唑；