[发明专利]含环戊二烯二噻吩-噻吩并吡嗪-噻吩共轭聚合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环戊二烯二噻吩-噻吩并吡嗪-噻吩共轭聚合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研究主要集中于给体、受体共混体系，采用PTB7与PC₇₁BM共混体系的能量转化效率已经达到7.4％，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。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种含环戊二烯二噻吩-噻吩并吡嗪-噻吩共轭聚合物，该共轭聚通过将环戊二烯二噻吩结构单元、噻吩并吡嗪结构单元、噻吩结构单元共聚形成共轭聚合物，从而使得该共聚物具有良好的溶解性、载流子迁移率、热稳定性、环境稳定性和有较强的原电势、结构可修饰性。

本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、产率高、易于操作和控制的含环戊二烯二噻吩-噻吩并吡嗪-噻吩共轭聚合物的制备方法。

本发明进一步的目的在于提供上述含环戊二烯二噻吩-噻吩并吡嗪-噻吩共轭聚合物在有机光电材料、聚合物太阳能电池、有机电致发光器件、有机场效应晶体管、有机光存储器件或/和有机激光器件中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种含环戊二烯二噻吩-噻吩并吡嗪-噻吩共轭聚合物，其分子结构通式为下述(I)：

式中，x+y+z＝2，且x≥1，0＜z＜1，0＜y＜1；n为整数，且1＜n≤120；R₁选自C₁～C₂₀的烷基；R₂、R₃选自-H、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、含烷基或烷氧基苯环基团、含烷基芴基团或者含烷基咔唑基团；R₄、R₅选自-H、C₁～C₂₀的烷基或C₁～C₂₀的烷氧基。

以及，一种含环戊二烯二噻吩-噻吩并吡嗪-噻吩共轭聚合物制备方法，包括如下步骤：

分别提供如下结构式表示的化合物A、B、C、D，

其中，R₁选自C₁～C₂₀的烷基；R₂、R₃选自-H、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、含烷基或烷氧基苯环基团、含烷基芴基团或者含烷基咔唑基团；R₄、R₅选自-H、C₁～C₂₀的烷基或C₁～C₂₀的烷氧基；

在无氧环境中和催化剂、有机溶剂存在的条件下，选取化合物A、B、C、D进行Stille耦合反应，得到如下结构通式为(I)表示的含环戊二烯二噻吩-噻吩并吡嗪-噻吩共轭聚合物，

结构通式(I)中，x+y+z＝2，且x≥1，0＜z＜1，0＜y＜1；n为整数且1＜n≤120。