[发明专利]含噻吩并[3,4-b]吡嗪单元的芴类共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机化合物合成技术领域，具体的说是涉及一种含噻吩并[3，4-b]吡嗪单元的芴类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。目前用于地面的硅太阳能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备受关注，如果能够将其能量转化效率提高到接近商品硅太阳能电池的水平，其市场前景将是非常巨大的。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE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化效率已经达到6.5％，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：有机半导体器件相对较低的载流子迁移率，器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利用以及载流子的电极收集效率低等。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，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。

聚芴及其衍生物的光稳定性和热稳定性优异，但由于其较宽的带隙使得它的吸收范围主要集中在短波长区域。此外，目前关于此类材料的研究大都是两种单体的共聚，而对于三种或三种以上单体的共聚却很少见，这就大大限制了这类材料的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种含噻吩并[3，4-b]吡嗪单元的芴类共聚物，该共聚物稳定性和溶解性好、吸光度强、吸光范围宽，提高了其对太阳光的利用率。

本发明的另一目的在于提供一种含噻吩并[3，4-b]吡嗪单元的芴类共聚物的制备方法。

本发明进一步的目的在于提供一种含噻吩并[3，4-b]吡嗪单元的芴类共聚物在有机光电材料、聚合物太阳能电池、有机电致发光、有机场效应晶体管、有机光存储、有机非线性材料或/和有机激光领域中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种含噻吩并[3，4-b]吡嗪单元的芴类共聚物，其分子结构通式为下述(I)：

式中，R₁、R₂、R₃、R₄选自H、C₁～C₂₅的烷基，x+y＝1、x≠0、y≠0，n＝1～500的任一正整数，Ar₁为含噻吩单元基团。

以及，一种含噻吩并[3，4-b]吡嗪单元的芴类共聚物制备方法，包括如下工艺步骤：

分别获取2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二杂氧戊硼烷)基芴类单体、溴代噻吩类单体和2，5-二溴噻吩并[3，4-b]吡嗪类单体；

按照化学计量比将2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二杂氧戊硼烷)基芴类单体、溴代噻吩类单体和2，5-二溴噻吩并[3，4-b]吡嗪类单体在碱性环境与弱极性或/和极性非质子性有机溶剂中进行聚合反应得到所述的含噻吩并[3，4-b]吡嗪单元的芴类共聚物，所述的化学计量比是按照下述分子结构通式(I)中的相应单元基团的摩尔比例，式中，R₁、R₂、R₃、R₄选自H、C₁～C₂₅的烷基，x+y＝1、x≠0、y≠0，n＝1～500的任一正整数，Ar₁为含噻吩单元基团，

本发明与现有技术相比至少具备以下优点：

1.含噻吩并[3，4-b]吡嗪单元的芴类共聚物分子中噻吩并[3，4-b]吡嗪具有优良的平面结构，是一个含有一个五元环和六元环骨架的受体单元，并且具有分子内电荷转移性质，优异的电化学还原性质，并且相比常用的喹喔啉等单元而言，具有更强的吸电子能力，且噻吩并[3，4-b]吡嗪单元还具有较强的可修饰性，可以利用简便的方法引入供电子基团和受电子基团，调节其吸电子性能；