[发明专利]含咔唑-苯并二噻吩的共轭聚合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电领域，尤其涉及一种含咔唑-苯并二噻吩的共轭聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

有机太阳能电池由于具有无机太阳能电池无法比拟的一些优点，如成本低廉，制作工艺简单，产品重量轻，可大面积柔性制备等优点，作为一种具有潜力的可再生能源受到人们的广泛关注。在过去的十年里，有机太阳能电池的性能有了稳步提高，能量转换效率已接近10%。尽管有机太阳能电池的能量转换效率得到了大幅提高，但是，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，要想实现有机太阳能电池的商业化，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。

由于近年来在共轭聚合物的设计和有机太阳能电池器件制造工艺上的进步，有机太阳能电池的效率已取得很大提高。有机太阳能电池未来面临的挑战之一就是合成新型的P-型共轭聚合物，它需要具备以下特点：（a）良好的溶解性，有利于溶剂加工，实现工业化生产；(b)对整个太阳光光谱有宽而强的吸收；(c)高的载流子迁移率，有利于载流子传输。

然而，传统的聚合物材料的光吸收范围较窄。因此，如何拓宽聚合物材料的光吸收范围，使其光吸收范围最大程度地覆盖整个太阳光光谱将是研究的重点。

发明内容

基于此，有必要提供一种光吸收范围较宽的含咔唑-苯并二噻吩的共轭聚合物及其制备方法。

此外，还有必要提供一种含咔唑-苯并二噻吩的共轭聚合物在有机太阳能电池器件、有机电致发光器件、有机场效应晶体管、有机光存储、有机非线性材料及有机激光中的应用。

一种含咔唑-苯并二噻吩的共轭聚合物，结构通式如下：

其中，n为5~60之间的自然数；

R₁为H、C₁~C₁₆的烷基或C₁~C₁₆的巯基，R₂为C₁~C₁₂的烷基或如下结构式中的任意一种：

其中，R’为C₁~C₁₂的烷基。

一种含咔唑-苯并二噻吩的共轭聚合物的制备方法，包括以下步骤：

分别提供具有如下结构式的化合物A和化合物B：

其中，R₁为H、C₁~C₁₆的烷基或C₁~C₁₆的巯基，R₂为C₁~C₁₂的烷基或如下结构式中的任意一种：

其中，R’为C₁~C₁₂的烷基；

在保护气体氛围、无水无氧环境下，将所述化合物A和所述化合物B在有机溶剂和催化剂存在的条件下进行Stille偶合反应，其中，所述化合物A和所述化合物B的摩尔比为1:1~1.5:1，反应温度为60℃~120℃，反应时间为24h~72h，分离纯化后得到具有如下结构式的含咔唑-苯并二噻吩的共轭聚合物：

其中，n为5~60之间的自然数。

在一个实施例中，所述催化剂的加入量为所述化合物B的摩尔数的0.01%~5%；

所述催化剂为有机钯与有机膦配体的混合物或有机钯。

在一个实施例中，所述有机钯与有机膦配体的混合物中，所述有机钯与所述有机膦配体的摩尔比为1:2~1:20；所述有机钯为三(二亚苄基丙酮)二钯、四(三苯基膦)钯或二(三苯基膦)二氯化钯；所述有机膦配体为三（邻甲基苯基）膦。

在一个实施例中，所述有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或甲苯。

在一个实施例中，所述化合物A由如下步骤制得：

提供具有如下结构式的化合物C和化合物D：

在保护气体氛围、-78℃的条件下，将二异丙基胺基锂加入所述化合物C的有机溶液中，其中，所述二异丙基胺基锂和所述化合物C的摩尔比为1:1~1.5:1，搅拌反应2h~3h，接着向上述体系中加入化合物D进行Wittig-Horner反应，其中，所述化合物D和所述化合物C的摩尔比为1:2~1:2.5，反应0.5h~1h后恢复至室温继续反应12h~15h，分离纯化后得到具有如下结构式的化合物E：