[发明专利]9-辛基咔唑与氟代喹喔啉的共轭聚合物

说明书

技术领域

本发明属功能高分子材料领域，具体涉及一种9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共轭聚合物。

背景技术

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（D-A-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]。

为了进一步提高聚合物太阳能电池的光电转换效率，在保证大的短路电流的前提下，增强器件的开路电压是必然的选择。近年来的研究表明，将具有强拉电性能的氟原子引入给体聚合物的受体单元可以有效降低材料的最高占有轨道能量（HOMO能），进而可以提升电池的开路电压。如2009年，Hou Jianhui等人通过在其研发的高效给体材料PBDTTT-C的受体单元上引入拉电基团F原子得到聚合物PBDTTT-CF，材料的HOMO能由-5.12eV降低到了-5.22eV，开路电压由0.7V提高到了0.76V[Nat.Photon.2009,3,649-653]。

鉴于以上所述氟原子对材料性能的影响，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型给体聚合物有望进一步降低HOMO能，提升开路电压，从而提高器件光伏性能，但是迄今还未见有关此类材料的结构、制备方法及其应用于光伏电池中的报道。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共轭聚合物，该共轭聚合物由9-辛基-2,7-咔唑作为给电单元，氟代喹喔啉作为缺电单元，通过Suzuki偶联反应制得，该共轭聚合物能够用于本体异质结太阳能电池的给体材料。该聚合物由于在缺电子单元喹喔啉上引入了强的吸电子基团氟原子，因此能够有效降低材料HOMO能级，从而提升聚合物光伏电池的开路电压。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

一种9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共轭聚合物，其结构通式如式I所示：

式中，R₁：H或F原子；

R₂：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；

R₃：H或碳原子数为1到20的直链或支链烷基。

优选的，所述的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共轭聚合物A的结构如式Ⅱ所示：

优选的，所述的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共轭聚合物B的结构如式Ⅲ所示：

优选的，所述的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共轭聚合物C的结构如式Ⅳ所示：

优选的，所述的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共轭聚合物D的结构如式Ⅴ所示：

本发明的9-辛基咔唑和氟代喹喔啉衍生物的共轭聚合物的聚合反应采用如下反应方程式进行。

具体的合成步骤如下：

（1）受体单元含氟喹喔啉及其衍生物的制备

将5或5,6位含氟的4,7-二溴苯并噻二唑溶于无水乙醇中，0℃下分批加入硼氢化钠，然后室温下反应20h，反应结束后浓缩除去乙醇，加入适量水，乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，粗品硅胶柱纯化得到含氟二胺，然后与1,2-二R₂基乙二酮以醋酸为溶剂反应，制得6或6,7位含氟5,8-二溴-2,3-二R₂基喹喔啉。