[发明专利]含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺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吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺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。

苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物含有大的平面共轭体系和良好的分子共平面性，分子间大π键的相互作用很强，具有较大的晶格能，因而其溶解性较差，成膜加工性能较差，导致制备的器件很容易发生相分离问题，影响激子扩散的效率，从而导致能量的损失。另外，由于苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物的吸收光谱主要集中在可见区，吸收范围还不够宽，与太阳光的发射光谱匹配度还不够高，不能有效地利用太阳光，也会降低有机太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，该共聚物溶解性能、载流子迁移率高，吸光度强，对光吸收范围宽，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工艺简单、产率高、易于操作和控制的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物的制备方法。

本发明进一步的目的在于提供上述含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺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：

一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，其分子结构通式为下述(I)：

式中，n为1～200的整数；R₁、R₂、R₃选自-H、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀烷氧基苯或苯基；R₄、R₅选自C₁～C₂₀的烷基；R₆选自C₁～C₂₀的烷基或烷氧基。

以及，一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物制备方法，包括如下步骤：

一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物制备方法，包括如下步骤：

分别提供如下结构式表示的化合物I₁、I₂，

其中，R₁、R₂、R₃选自-H、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀烷氧基苯或苯基；R₄、R₅选自C₁～C₂₀的烷基；R₆选自C₁～C₂₀的烷基或烷氧基；

在无氧环境中，含有第一催化剂、第一有机溶剂的体系中，将化合物I₁、I₂进行Stille偶合反应，生成如下式化合物I的所述含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，