[发明专利]9,9-二辛基芴与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9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物。

背景技术

随着社会经济的发展以及人口的增长，对能源的需求日益上升，而以煤、石油为代表的能源储量有限，所以开发可再生的新能源就变得越来越迫切。作为一种绿色，可靠的能源－太阳能，其利用、开发受到了国际社会的普遍关注。聚合物太阳能电池具有制备过程简单、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，当前该领域研究的焦点是开发高效的给体材料和受体材料，而受体材料目前基本确定为C60的衍生物如PC61BM和PC71BM，因此开发性能优良的给体聚合物成为当前研究的重点。为此，一种将富电子单元（D）与缺电子单元（A）交替引入共轭聚合物的主链形成的D-A-D型聚合物的方法成为目前开发给体聚合物的主要手段。

2003年Takakazu Yamamoto为了实现分子内的电荷转移将喹喔啉和2,5-二（三甲基锡）噻吩试剂聚合，通过对材料的吸收和光能量的测试，首次发现了这类材料在长波方向有强而宽的吸收，并预言了其在未来光电器件中的潜在应用。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成绩，例如Ergang Wang等合成TQ1与PCBM共混，光电转换效率达到6.0%，[先进材料Adv.Mater.2010,22(46),5240-5244]。开路电压是影响器件性能的主要因素，而给体材料的HOMO能级又决定着器件的开路电压，为了降低给体的HOMO能级，具强电负性的氟原子常被引入缺电单元中，并取得了显著成果。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]。Yang yang等人合成PBDTT-C的HOMO能级为-5.12ev，引入氟原子后PBDTT-CF的HOMO能级降低为-5.22ev，开路电压由0.7V升至0.76V，[自然光子Nature Photonics..2009,3,649-653]。基于上述理论和研究成果，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，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制备方法及其应用于光伏电池中的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是开发一种新型的含有氟代喹喔啉的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。

本发明的另一个目的是利用氟原子的吸电子特性，降低聚合物材料的HOMO能级，进而提升光伏电池的开路电压。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物，其结构通式如式Ⅰ所示：

（式Ⅰ），

式中，R₁是H或F原子；R₂是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，或者是碳原子数为4到20的直链或支链的2-烷基噻吩或2,3-二烷基噻吩基；R₃是H或碳原子数为4到20的直链或支链的烷基。

本发明还有如下技术特点：

所述的9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构如式Ⅱ所示：

（式Ⅱ）。

所述的9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构如式Ⅲ所示：

（式Ⅲ）。

所述的9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构如式Ⅳ所示：

（式Ⅳ）。

所述的9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构如式Ⅴ所示：

（式Ⅴ）。

所述的9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构如式Ⅵ所示：

（式Ⅵ）。

所述的9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物的结构如式Ⅶ所示：

（式Ⅶ）。

所述的9,9-二辛基芴与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。

为了实现上述目的，本发明公开的9,9-二辛基芴与氟代喹喔啉的共轭聚合物，按照如下所示的反应式进行：

具体的合成步骤如下：

（1）缺电单元含氟喹喔啉及其衍生物的制备