[发明专利]含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物、其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料，尤其涉及一种含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

有机太阳能电池是一种新型的太阳能电池，相对于无机半导体材料来源有限，价格昂贵，有毒，制备工艺复杂，成本太高等而言，它具有无机太阳能电池无法比拟的一些优点，如材料来源广泛，结构多样性和可调控性，成本低廉，安全环保，制作工艺简单，产品重量轻，可大面积柔性制备等等，可以广泛应用在建筑、照明和发电等多种领域，具有重要的发展和应用前景。因此，国内外众多的研究机构和企业等都给予了相当的关注和投入。然而，到目前为止，有机太阳能电池的光电转换效率比无机太阳能电池还是要低很多。因此，开发新型的有机半导体材料对于提高有机太阳能电池的效率具有重要意义。

目前聚合物太阳能电池的能量转换效率仍然比硅太阳能电池低，原因之一是由于聚合物的载流子迁移率比无机单晶材料的迁移率低了好几个数量级。目前所使用的共轭聚合物光电池材料的吸收光谱与太阳光谱不能很好地匹配，是导致能量转移效率低的另一重要原因。为进一步提高聚合物太阳能电池的性能，一方面可采用具有较宽吸收光谱的极窄带隙聚合物做给体和受体，提高对太阳能的吸收利用，另一方面可采用退火、加入表面活性剂等材料对器件进行优化。

苯并噻二唑单元具有优异的还原可逆性，与镁、铝等金属阴极的功函值非常接近；属于缺电子型芳香环化合物，具有强吸电子能力，是一种优良的受体单元具有较好的电子传输性质，同时还可以调节材料的能隙。

菲由三个六元环并成，所有原子在同一个平面上，具有良好电子空穴传输能力，而且分子的刚性有利于提高材料的热稳定性能，而且菲的9，10位容易修饰，可以利用简便的方法引入供电子基团和受电子基团，调节其供/吸电子性能。因此它在有机发光二极管、有机太阳能电池、场效应晶体管等光电材料中有着广泛的应用

2,7-咔唑是一个良好的空穴传输单元，结合咔唑的N原子易于修饰，以及含咔唑聚合物具有良好的热稳定性的优点，与窄带2,1,3-苯并噻二唑共聚来调节聚合物的带隙，并将其吸收带边推向红外及近红外区。目前已经广泛应用与有机发光二极管、有机太阳能电池、场效应晶体管等光电材料中。

然而，同时含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物目前仍没有文献和专利报道，这就大限制了它的应用范围。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物

本发明的技术方案如下：

一种含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物，该共聚物具有如下结构通式：

式中：R₁、R₂、R₃分别为相同或不相同的C₁～C₂₀的烷基；n为1-100之间的整数。

本发明还提供上述含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物的制备方法，包括如下步骤：

惰性氛围下，将摩尔比为1:2的结构式为的化合物A和结构式为的化合物B在第一催化剂和碱溶液存在的第一溶剂中，于100～150℃下进行关环反应2～6小时，制得结构式为的化合物C；

惰性氛围下，将结构式为的化合物D溶于四氢呋喃溶剂中，并置于-78℃条件下再加入正丁基锂，搅拌反应1～2小时；随后加入结构式为的2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷，继续反应1小时后升至室温反应6小时；得到结构式为的化合物E；其中，所述化合物D与正丁基锂的摩尔量为1:2；2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷与化合物D的摩尔量之比为2:1；

惰性氛围下，将化合物C与化合物E按照摩尔比1:1.5～1.5:1的比例加入第二催化剂存在的第二溶剂中、于50～120℃下进行Suzuki耦合反应12～108小时，制得结构式为的含2,7-咔唑-苯并二(苯并噻二唑)的共聚物；

上述式中：R₁、R₂、R₃分别为相同或不相同的C₁～C₂₀的烷基；n为1-100之间的整数，优选n为40-60之间的整数；

上述工艺制备中，惰性氛围，包括氮气氛围、氩气氛围或氮气和氩气组成的混合氛围等。