[发明专利]一种含有硫取代的二维共轭聚合物，其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种经修饰的二维共轭聚合物材料，其制备方法及其在有机光电领域的应用。

背景技术

能源问题日益成为人们迫在眉睫的问题，太阳能具有清洁、绿色无污染、在地球上分布广泛、取之不尽、用之不竭等优点而最具发展前景,开发和利用太阳能将是一种有效应对能源问题的解决方法。相较于无机太阳能电池，聚合物太阳电池是一种新型全固态薄膜电池，与晶硅电池有非常强互补性，在光伏建筑、便携式能源等领域具有市场竞争力，目前效率已初步具备作为便携式电源，特别是军用电源的开发价值。高性能聚合物光伏材料的性能是决定电池效率的关键（电极、封装材料已相当成熟，电池结构优化与制备技术还有待提高），并成为技术发展瓶颈，严重制约了其实用化进程。

引入新型共轭单元是一种有效调节给受体型聚合物的带隙和分子能级的方法，以此提高光电转换效率。例如，2008年侯剑辉等在国际上率先将平面性和对称性较好的苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩-4,8-二酮，即苯并二噻吩(BDT)单元引入到聚合物光伏材料的设计、合成中[Hou,J.H.;et al.,Macromolecules2008,41(16),6012-6018]。近年来，国内侯剑辉课题组和国外Yang Yang，Luping Yu等课题组系统地研究了以BDT作为主体构筑单元，通过与不同的共轭单体偶联共聚而成的聚合物[Hou,J.H.;et al.,J.Am.Chem.Soc.2009,131(43),15586-15587;Huo,L.J.;Hou,J.H.,Polym.Chem.2011,2(11),2453-2461;Huo,L.J.;et al.,Angew.Chem.Int.Ed.2011,50(41),9697-9702;Liang,Y.Y.;et al.Adv.Mater.2010,22(20),E135-E138;Dou,L.T.;et al.,Nat.Photonics2012,6(3),180-185.]，它们的带隙可被调节在1.0-2.0eV范围内，并且它们的HOMO、LUMO能级也被有效的调节。其中BDT和噻吩并噻吩的共聚物的能量转换效率达7%以上[Chen,H.Y.;et al,Nature Photonics2009,3(11),649-653；Dou,L.T.;et al,J.Am.Chem.Soc.2012,134(24),10071-10079；Cabanetos,C.;et al,J.Am.Chem.Soc.2013,135(12),4656-4659]。这表明BDT单元将在有机光电材料设计方面发挥重要的作用。另外基于BDT单元的场效应管晶体管也表现出较为优异的性能。

进一步提高BDT类材料的迁移率和光电转换效率是光电聚合物材料的设计领域中一个十分重要的课题。取代基如烷基，烷氧基，噻吩烷基的BDT类材料的迁移率以及光电转换效率有待于进一步提高。而通过引入含有硫取代基，对优化二维共轭苯并二噻吩类共轭聚合物材料的性能起到重要的作用，并成功应用到多种高效光电器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种迁移率和光电转换效率提高的光电聚合物、对二维共轭聚合物材料的制备方法及其在有机光电领域的应用。

本发明通过如下技术方案实现：

一种式（I）所示的二维共轭聚合物

其中，在噻吩上的1、2、3位的碳原子上引入至少一个的含硫取代基，剩余的碳原子上引入其他取代基。

本发明中，所述含硫取代基是与噻吩上碳原子连接的第一个原子是硫的取代基，含硫取代基中的其他基团独立地选自氢原子，或碳原子数为1-30的烷基、芳烷基、杂烷基。

根据本发明，所述Ar可独立地选自下述单元中的一种：亚乙烯基、亚乙炔基、单环亚芳基、双环亚芳基、含有至少三个环的亚芳基、单环杂亚芳基、双环杂亚芳基、或至少三个环的杂亚芳基、或所述单环杂亚芳基、双环杂亚芳基、或至少三个环的杂亚芳基中的环与环之间耦合或通过单键连接的基团；所述Ar任选取代或未取代。

当Ar被取代时，Ar基团可带有1个或2个取代基，所述取代基独立地为芳基、具有1到30个碳原子的烷基或烷氧基，或者在Ar基团上的两个相邻碳原子被取代以一起形成乙撑二氧基；