[发明专利]苯并吡咯二酮基的半导体聚合物及其制备、用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种可溶液处理的有机半导体材料，尤其是一种苯并吡咯二酮基的半导体聚合物及其制备、用途。

背景技术

能源问题越来越成为世界各国需要面临和解决的首要问题。可再生能源中的太阳能受到重要关注。目前无机太阳能电池的发展迅速，光电转化效率不断提高。但受高成本的限制，难以进行大规模应用。而有机聚合物太阳能电池近年来受到科学研究者的极大重视。有机聚合物太阳能电池材料的特点在于有机材料的种类多，结构具有可剪裁、性能具有可调控，可实现溶液加工处理，制备大面积的柔性器件，有望实现低成本和大规模的工业应用。(参见文献：Gao，J.，Yu，G.，and Heeger，A.J.，Polymer p-i-n Junction Photovoltaic Cells，Adv.Mater.，10，692-695.(1998)；Dennler，G.，Scharber，M.C.& Brabec，C.J.Polymer-fullerene bulk-heterojunction solar cells.Adv.Mater.21，1323-1338(2009).)。

基于低能隙共轭聚合物用于太阳能电池本体异质结结构中的空穴传输材料，近年来成为有机薄膜太阳能电池研究的大热点，而且聚合物太阳能电池的能量转换效率近年迅速提高(参见文献：Li，G.，Zhu，R.，and Yang，Y.，polymer solar cells，Nature photonics，6，153-161(2012))。新型空穴传输聚合物材料的设计、合成和应用研究是一个重要方向，也具有很大的挑战，新聚合物材料的合成、开发对有机太阳能电池的发展具有重要的贡献。

发明内容

本发明的目的是提供一种可溶性的苯并吡咯二酮基的半导体聚合物及其制备、用途。本发明的半导体聚合物具有新颖的刚性平面的大π共轭的可溶性的苯并吡咯二酮单元和柔性促溶的烷基链，是主链共轭的可溶液加工的低能隙聚合物，初步薄膜光伏器件研究表明这类材料具有薄膜光伏应用潜力。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种苯并吡咯二酮基的半导体聚合物，所述半导体聚合物的结构式如式(I)所示：

其中，R₁为C₈～C₂₀烷烃链；R₂为C₈～C₂₀烷烃链，n≥1。

第二方面，本发明涉及一种制备前述的苯并吡咯二酮基的半导体聚合物的方法，包括如下步骤：

a、将未被烷基取代的苯并吡咯二酮的中间体A，在有机溶剂中加热反应引入柔性烷基侧链，得到烷基取代的苯并吡咯二酮单体M；

b、将烷基取代的苯并吡咯二酮基的单体M与二甲基锡共轭单体D在无水有机溶剂中共聚，索氏提取得到所述的半导体聚合物。

上述烷基取代的苯并吡咯二酮单体M在普通溶剂中有很好溶解度的；所述普通溶剂为氯仿、甲苯或二氯苯。

优选地，步骤a中，所述中间体A的结构式如式(II)所示：

所述单体M的结构式如式(III)所示：

其中，R₂为C₈～C₂₀烷烃链。

优选地，步骤a中，所述在有机溶剂中加热反应引入可溶性的烷基侧链具体为：将中间体A以极性有机溶剂为介质，无机碱为催化剂，50～100℃加热4～48小时；以重量比为1∶0.05～1∶20的二氯甲烷和石油醚为洗脱剂，洗脱得到单体M。

优选地，所述极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所述无机碱为叔丁基醇钾。

优选地，步骤b中，所述二甲基锡共轭单体D的结构式如式(IV)所示：

其中，R₁为C₈～C₂₀烷烃链。

优选地，步骤b中，所述共聚的反应时间为6～48小时，反应温度为80℃～120℃；所述无水有机溶剂为无水甲苯、无水氯苯或四氢呋喃。

优选地，步骤b中，所述索氏提取依次采用的溶剂为甲醇、正己烷和氯仿。

第三方面，本发明涉及一种前述可溶性的苯并吡咯二酮基的半导体聚合物与PC71BM共混作为半导体有机层在有机薄膜光伏器件测试中的用途。