[发明专利]含咔唑卟啉-噻吩并吡嗪共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种共聚物，更具体的涉及一种含咔唑卟啉-噻吩并吡嗪共聚物。

本发明还涉及含咔唑卟啉-噻吩并吡嗪共聚物的制备方法及其应用。

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，etal.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，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。

卟啉分子是在卟吩环上连有取代基的一类大环化合物的总称，卟吩是由四个吡咯环和四个次甲基桥联起来的单双键交替的平面结构大环离域π电子共轭体系。它们电荷转移和能量转移反应的量子效率较高，具有良好的电子缓冲性和光电磁性，良好的刚柔性和较好热稳定性和环境稳定性。因此，卟啉类有机半导体材料是一类很有前途的材料，其在光伏领域的应用已得到广泛研究。

咔唑是一类良好的空穴传输材料：一方面，由于p-π共轭效应，咔唑上的N原子将未共用电子供给双键，使双键富电子；另一方面，亲电的N原子又通过诱导效应吸收双键上的电子，其中共轭效应大于诱导效应，因此咔唑具有很强的空穴传输能力，这就使其在有机半导体材料方面有很大的潜在应用价值。

噻吩并[3，4-b]吡嗪是一种具有优良的平面结构，含有一个五元环和六元环骨架的受体单元，具有分子内电荷转移性质和优异的电化学还原性质；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。因此，它经常作为受体单元引入到光电材料中以调节带宽和还原电势，将噻吩并[3，4-b]吡嗪引入到给电子的咔唑卟啉单元中形成的具有D-A结构单元的给体材料，并同时具有高的空穴迁移率和宽的太阳光吸收光谱范围。

然而含有咔唑的卟啉-噻吩并吡嗪共聚的有机半导体材料至今仍没有文献和专利报道，这就大大限制了它们的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含咔唑卟啉-噻吩并吡嗪共聚物，该共聚物可以解决上述问题。

本发明的目的还在于提供一种含咔唑卟啉-噻吩并吡嗪共聚物的制备方法。

本发明的目的还在于提供含咔唑卟啉-噻吩并吡嗪共聚物在聚合物太阳能电池，有机电致发光，有机场效应晶体管，有机光存储，有机非线性材料和有机激光材料等领域中的应用。

本发明所涉及的含咔唑卟啉-噻吩并吡嗪共聚物，具有以下结构(I)：

式中：n为1-100间的整数，R₁，R₂为相同或不相同的氢或C₁-C₃₂的烷基。

本发明所设计的含咔唑卟啉-噻吩并吡嗪共聚物的制备方法，方案如下：

提供结构式(A)的5，15-二溴-10，20-烷基咔唑卟啉和结构式(B)的双硼酸酯基噻吩并[3，4-b]吡嗪：