[发明专利]一种新型的含二苯并噻吩窄带系共轭聚合物材料的制备

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳电池材料领域，特别涉及一种新型的窄带隙共轭梯形聚合物材料的制备。在全球正面临能源危机的情况下，光电转换技术被认为是最重要的可再生能源之一。其中，聚合物太阳电池具有廉价、质轻、可大面积制备的优点收到了广泛的关注。获得高光电转换效率的重要因素之一是开发性能优异的电子给体材料。目前，最高的转换效率已达30％。经过多年的深入研究，人们在材料的设计思路上形成了一些共识，总结如下：(1)具有较低的能隙(最佳值大概在1.5eV)，从而有效地吸收太阳光转化为短路电流；(2)具有合适的HOMO和LUMO能级从而获得较高开路电压和较小的给受体LUMO能级差避免能量的损失；(3)较好的溶解性及与富勒烯衍生物的相容性以利于溶液法加工并能形成纳米尺度优化的形貌。基于以上的思路，多种窄带隙的聚合物被设计合成出来并应用在聚合物太阳能电池中。 

背景技术

为了克服给体材料吸收范围还不够宽的缺点，开发窄带隙的聚合物材料是非常必要的。设计窄带隙的聚合物给体材料主要有三种手段：(1)增加共轭主链的长度；(2)提高主链的醌式结构比例；(3)采取富电子基团(D)和缺电子基团(A)交替共聚的方法。对于第一种手段，分子共轭主链增长到一定程度之后聚合物的带隙将趋于平稳，不会无限减小，因此这种手段的作用有限；对于第二种手段，增加主链的醌式结构将带来聚合物HOMO能级的提高，这一方面会降低光伏器件的Voc，另一方面也会造成材料稳定性的下降；第三种手段能够克服这些限制和缺点，是最有效的窄带隙光伏材料 

设计手段。 

当给受体单元以共价键的方式连接后，将发生分子轨道的杂化。根据这一理论，给体基元的HOMO轨道和受体基元HOMO轨道相互作用，形成两个新的分子轨道；给体基元的LUMO轨道和受体基元的LUMO相互作用也形成两个新的分子轨道，此时分子形成了新的相对更高的HOMO轨道和相对更低的LUMO轨道，两个轨道之`的能级变得更近，也就是降低了分子的能隙。 

二苯并噻吩拥有刚性和平面的结构，它的衍生物已经被用作稳定的OLED发光器件中，并且二苯并噻吩的平面性以及分子间的S-S相互作用可以促进分子主链有序的π堆叠，这种有序的堆叠可以方便载流子的传输。但是，在光伏材料的应用中，基于二苯并噻吩的材料还比较少见。 

发明内容

本发明旨在制备一种新型的含二苯并噻吩窄带隙共轭聚合物材料 

本发明所提供的新型的含二苯并噻吩窄带隙共轭聚合物材料： 

本发明中式1结构化合物的制备方法如下： 

聚合物PDBTDTBT合成路线 

具体的说，本发明中式1结构化合物的制备方法，其主要步骤是： 

氮气气氛下，以四氢呋喃和水为溶剂，将4，7-二(5-溴噻吩-2-基)-5，6-二(辛氧基)-[1，2，5]苯并噻二唑和3，6-二(辛氧基)-2，7-二硼酸-二苯并噻吩，摩尔比为1∶1，在四(三苯基膦)钯催化下在100-120℃温度下反应72小时，得到式I结构的含二苯并噻吩的共轭聚合物。 

具体实施方式

实施例1：制备式1结构的含二苯并噻吩的共轭聚合物471.0mg单体M1，637.1mg M2，30mL四氢呋喃，6mL水，以及1.5g NaHCO₃的混合物在100ML的截门烧瓶中，在加入20.61mg Pd(PPh₃)₄之前之后都经过反复充脱氮气，然后体系在氮气气氛下搅拌回流反应72小时。然后冷却体系，加入50mg苯硼酸和20.61mg Pd(PPh₃)₄升温反应4小时，之后再冷却加入500μL溴苯升温继续反应过夜完成封端。待体系冷却到室温，加入水和氯苯；用分液漏斗分出有机层并用水洗有机相三次。然后加热有机相到100℃以溶解部分析出的聚合物，过滤有机相并将滤液旋蒸除去大部分溶剂，剩余浓溶液滴入大量丙酮中沉降，过滤收集沉降产物并用丙酮清洗。将产物再次溶于少量的氯仿并再次向丙酮中沉降，过滤收集沉降产物并用丙酮清洗。最后在高真空下干燥得到762mg深红色聚合物，产率为86％。 

图1是含二苯并噻吩窄带系共轭聚合物PDBTDTBT化学结构图； 

图2是含二苯并噻吩窄带系共轭聚合物PDBTDTBT x射线衍射图； 

图3是含二苯并噻吩窄带系共轭聚合物PDBTDTBT热失重图 

图4是含二苯并噻吩窄带系共轭聚合物PDBTDTBT在薄膜中电化学分析图。