[发明专利]4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子领域，具体涉及一种4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物及其用于制备聚合物光伏电池的应用。

背景技术

随着经济的发展以及人口的增长，能源危机日益加剧，开发可再生的新能源就变得越来越迫切。

太阳能作为一种取之不尽的绿色能源，其利用、开发受到了国际社会的广泛关注。聚合物太阳能电池由于其制备过程简单、成本低、重量轻和可制备成柔性器件等突出优点，近年来成为国内外研究热点，当前聚合物太阳能电池研究的焦点是开发高效的共轭聚合物给体和受体材料来提高其光电能量转换效率。

对于充当电子给体的聚合物材料而言，材料的吸收光谱决定了器件的短路电流，材料的HOMO能级决定了器件的开路电压，材料的结构和载流子迁移率决定了器件的填充因子。为了获得性能良好的给体聚合物材料，将富电子单元（D）与缺电子单元（A）交替引入共轭聚合物的主链形成的给-受体（DA-D）型聚合物成为目前给体聚合物研究的重点。

喹喔啉及其衍生物作为一类新型的缺电单元，近年来备受关注并取得良好的性能，例如曹镛等合成PECz-DTQX，与PCBM共混的光电转换效率达到6.07%，[先进材料Adv.Mater.2011,23(27),3086-3089]。

2009年以来，氟原子由于体积小，又具有强的吸电子特性被引入缺电单元中，通过降低给体材料的HOMO能级进而提升器件的光电转换效率。例如Yu Luping等人合成PTB5的HOMO能级为-5.01ev，引入氟原子后PTB4的HOMO能级降低为-5.12ev，开路电压由0.66V升至0.74V，[美国化学会志J.Am.Chem.Soc.2009,131,7792-7799]。近年该课题组在此方面还做了大量的工作，并不断有文献报道，为该研究奠定了坚实的基础。鉴于该领域科研人员的研究成果，若在喹喔啉这种缺电子单元上引入氟原子制备新型的含氟D-A-D型给体聚合物有望获得类似的性能，但是迄今还未见有关此类材料的制备方法及其应用于光伏电池中的报道。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于开发新型的氟代喹喔啉的D-A-D型给体聚合物材料，满足聚合物光伏电池光活化层电子给体材料的需要。

为此，本发明提供的4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物结构通式如式（Ⅰ）所示：

式（Ⅰ）中，

R₁为：H原子或F原子；

R₂为：间位或对位碳原子数为4到20的直链或支链的烷氧基苯基，或者为碳原子数为4到20的直链或支链的2-烷基噻吩基或2,3-二烷基噻吩基。

优选（一），上述4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构式如式（Ⅱ）所示：

优选（二），上述4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构式如式（Ⅲ）所示：

优选（三），上述4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构式如（Ⅳ）所示：

优选（四），上述4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构式如式（Ⅴ）所示：

优选（五），上述4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构式如式（Ⅵ）所示：

优选（六），上述4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构式如式（Ⅶ）所示：

本发明所要解决的另一问题在于提供上述4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物用于制备聚合物光伏电池的应用。从而利用氟原子的拉电子特性，降低聚合物材料的HOMO能级，进而提升光伏电池的开路电压。

本发明公开的一种4,8-二异辛烷氧基苯基[1,2-b;3,4-b]联噻吩及氟代喹喔啉的共轭聚合物，按照如Scheme.1所示的的聚合反应历程进行：

具体的合成步骤如下：