[发明专利]单烷基取代含H键异靛蓝单体及其共聚物的制备、用途

说明书

技术领域

本发明涉及可溶液加工的有机半导体材料，尤其涉及一种单烷基取代含H键异靛蓝 单体IIDH及其苯并二噻吩双锡共聚物及其制备、用途。

背景技术

当今世界能源消耗越来越大，但是煤炭、石油、天然气等不可再生能源日益枯竭， 利用太阳能是解决人类社会面临的能源问题的有效途径。

近年来，有机太阳能电池由于具有质量轻、可溶液加工等优点，引起了科研工作者 的极大研究兴趣。本体异质结OPV活性层由给体材料和受体材料(富勒烯衍生物)构 成互穿网络结构。给体材料吸收光子产生激子，激子运动到界面后解离产生电荷，然后 传输到相应电极，这些都是在活性层完成的，因此活性层形貌对光伏性能有重要影响。 H键是一种典型的非共价键，通过H键作用，可以形成非常有序的微观结构，优化活性 层形貌，提高器件性能。

由于引入H键意味着减少了取代基烷基链，从而导致给体材料在普通有机溶剂中溶 解性不好，给器件加工带来困难，如果溶解性太差，可能导致相分离非常明显，并不利 于形成H键，微观形貌会非常差，导致PCE比较低。如果有一种聚合物既有良好的溶 解性又可以形成H键，则可以较好的解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单烷基取代含H键异靛蓝单体及其苯并二噻吩双 锡共聚物的制备、用途。本发明披露的合成方法简单有效，得到的目标聚合物分子量分 布窄；本发明的单烷基取代含H键异靛蓝与苯并二噻吩共聚物具有刚性平面的Π共轭 体系，良好的紫外吸收，材料可溶液加工处理，在光伏器件中有着良好的应用前景。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种基于单烷基取代含H键异靛蓝单体IIDH，所述单体的 结构式如式I所示：

其中，R₁为C₈～C₂₀烷基链。

第二方面，本发明还涉及一种基于单烷基取代含H键异靛蓝单体IIDH的制备方法， 所述制备方法包括如下步骤：

S1、在以碳酸钾为催化剂，N，N-二甲基酰胺为溶剂的条件下，化合物R₁-I与6-溴靛红反应，生成化合物1其中R₁为C₈～C₂₀烷基链；

S2、化合物1在盐酸的催化作用下，在醋酸溶液中，与6-溴吲哚反应合成目标单体 IIDH，即所述基于单烷基取代含H键异靛蓝单体。

优选的，步骤S1中，所述化合物R₁-I与6-溴靛红的摩尔比为1∶1～3∶1，反应温 度为70～100℃。

优选的，步骤S2中，所述化合物1与6-溴吲哚的摩尔比为1∶1～1.1∶1，反应温度为 80～130℃。

优选的，步骤S2中，所述6-溴吲哚是通过如下步骤制备而得：

第三方面，本发明还涉及一种基于单烷基取代含H键异靛蓝单体IIDH在制备半导 体材料中的用途，所述半导体材料由所述基于单烷基取代含H键异靛蓝单体与苯并二噻 吩双锡聚合而得。

第四方面，本发明涉及一种基于单烷基取代含H键异靛蓝单体IIDH的苯并二噻吩 双锡共聚物，所述共聚物的结构式如式II或式III所示：

其中，R₁、R₂为C₈～C₂₀烷基链，100＞n＞1。

第五方面，本发明还涉及一种基于单烷基取代含H键异靛蓝单体IIDH的苯并二噻吩双锡共聚物的制备方法，所述方法包括：在以Pd₂(dba)₃(三(二亚苄基丙酮)二钯)为催化剂、P(o-tol)₃(三(邻甲基苯基)磷)为配体、无水甲苯为溶剂的条件下，所述单体HIID与苯并二噻吩双锡聚合，经索氏提取，即得所述共聚物；其中，R₂为C₈～C₂₀烷基链。

优选的，所述苯并二噻吩双锡为BDTO或BDTT。聚合得到共聚物(PIIDH-BDTO 或PIIDH-BDTT)。

优选的，所述单体IIDH与苯并二噻吩双锡(BDTO或BDTT)的摩尔比为1∶1～1∶1.2， 反应温度为60～120℃，反应时间为2～48小时。