[发明专利]吡咯并吡咯二酮基共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池材料领域，尤其涉及一种吡咯并吡咯二酮基共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅晶电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低电池成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。有机半导体材料以其原料易得、廉价、制备工艺简单、环境稳定性好、有良好的光伏效应等优点备受关注。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S Sariciftci,L.Smilowitz,A.J.Heeger,et al.Science,1992,258,1474）上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体材料的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，有机半导体相对较低的载流子迁移率以及较低的载流子的电极收集效率等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，进而大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

吡咯并吡咯二酮(DPP)具有吸收强、光化学稳定性等优点，非常有潜力应用于有机太阳能电池中。DPP可以通过N原子上进行烷基链的修饰，当增加连接到DPP的3,6位的噻吩的长度时，吸收范围变宽，同时带隙也变小，这些性质对于太阳能电池的效率的提高是有力的。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种光转化效率较高的吡咯并吡咯二酮基共聚物。

为实现上述目的，本发明提供的吡咯并吡咯二酮基共聚物，其结构如式如下：

式中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为10-100的整数。

本发明实施例的另一目的在于提供一种合成路线简单、材料价廉易得的吡咯并吡咯二酮基共聚物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

其中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基；

在无氧环境下，将化合物A和B添加入含有催化剂和碱溶液的有机溶剂中溶解，化合物A和B摩尔比为1:1～1.2，溶解后得到的混合溶液于70～130℃下进行Suzuki耦合反应12～96小时，停止反应并冷却到室温，分离提纯反应液，得到如下结构式所述吡咯并吡咯二酮基共聚物：

式中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为10-100的整数。

其中，所述催化剂为双三苯基膦二氯化钯或四三苯基膦钯；或者，

所述催化剂为有机钯与有机膦配体的混合物，所述有机钯与有机膦配体的摩尔比为1:4～8；所述有机钯为醋酸钯或三二氩苄基丙酮二钯，所述有机膦配体为三(邻甲基苯基)膦或者2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯；优选，所述混合物为醋酸钯与三邻甲苯基膦的混合物，或者所述混合物为三二氩苄基丙酮二钯与2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯的混合物。

所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

所述制备方法中，所述碱溶液选自碳酸钠溶液、碳酸钾溶液及碳酸氢钠溶液中的至少一种；所述碱溶液中，碱溶质与所述化合物A的摩尔比为20:1。

在优选的实施例中，有机溶剂选自甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

在优选的实施例中，Suzuki耦合反应的反应温度为90～120℃，反应时间为36～60小时。

在优选的实施例中，所述分离提纯反应液包括：

Suzuki耦合反应停止后，向反应液中加入甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到固体粉末，该固体粉末在真空下50℃干燥24h后，即得所述吡咯并吡咯二酮基共聚物。

所述制备方法中，无氧环境由氩气、氮气中的至少一种气体构成。

上述制备方法原理简单，操作简便，对设备要求低，可广泛推广应用。

本发明的又一目的在于提供上述吡咯并吡咯二酮基基共聚物在有机太阳能电池中的应用。