[发明专利]一种D-A型共轭聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种D‑A型共轭聚合物及其制备方法和应用，所述聚合物由式所示结构的化合物、给电子单体和催化剂在有机溶剂体系中，惰性气体保护下，先进行避光反应，最后采用柱层析提纯，制备得到目标产物。所述D‑A型共轭聚合物可应用于太阳能电池器件，所述太阳能电池器件由下至上依次包括玻璃层、氧化铟锡导电层、氧化锌电子传输层、D‑A型共轭聚合物与C₇₁混合的活性层、三氧化钼空穴传输层和银电极层。本发明采用的氟硼二吡咯基团具有一定的刚性平面结构和良好的载流子传输特性，同时可以与给电子基团形成给体‑受体(D‑A)共轭结构，从而获得较低的能带隙、拓宽和增强材料的光谱吸收而被应用于构建高效率的有机太阳能电池材料。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种D-A型共轭聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

迄今为止，能源就一直是人类发展进步中不可缺少的动力，对能源的开发与利用也是长久不变的话题，随着全球对能源需求的日益增加，煤炭、石油、天然气等传统能源即将耗尽，太阳能作为清洁能源因其取之不尽、用之不竭等优点而备受人们的青睐。太阳能电池是将太阳能转换为电能的装置，被认为是最有效和最直接的太阳能利用形式。

目前，作为无机太阳能电池代表的多晶硅薄膜太阳能电池已经实现商业化，但其居高不下的成本和对环境污染严重等不利因素限制了其普及。近年来有机太阳能电池因其制备工艺简单、易于实现大面积制造而且成本较低等优点，有望在不久的将来替代无机太阳能电池。因此，亟需研究开发一种能用于有机太阳能电池的D-A型共轭聚合物。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种D-A型共轭聚合物，所述聚合物的结构式为式I、式II或式III：

本发明第二方面提供了一种D-A型共轭聚合物的制备方法，所述聚合物由式IV所示结构的化合物、给电子单体和催化剂在有机溶剂体系中，惰性气体保护下，先进行避光反应，最后采用柱层析提纯，制备得到目标产物式I、式II 或式III，所述式IV的结构式为：

其中，所述反应的温度为90～130℃，时间为24～72h。

其中，所述式IV所示结构的化合物通过以下方法制备得到：

S1：先将1mol对羟基苯甲醛、1～1.5mol1-溴辛烷和1～2mol碳酸钾置于乙腈溶剂中，控制温度为70～80℃回流4～6h，再萃取、柱层析提纯得到A；

S2：再将1mol步骤S1制备得到的A和2～2.5mol2,4-二甲基吡咯置于二氯甲烷溶剂中，并采用三氟乙酸做催化剂，在惰性气体保护下，常温反应2～3h，柱层析提纯得到B；

S3：再将1mol步骤S2制备得到的B和1mol四氯苯醌反应0.5～1.5h，再加入10～15mol三乙胺和10～15mol三氟化硼-乙醚反应8～10h，柱层析提纯得到C；

S4：最后将1mol步骤S3制备得到的C和2molN-溴代琥珀酰亚胺置于三氯甲烷溶剂中，控制温度为0～5℃，避光反应1～2h，柱层析提纯得到化合物式IV。

其中，所述给电子单体为(4,8-双(辛氧基)苯并[1,2-B：4,5-B']二噻吩-2,6- 二基)二(三丁基锡)，或(4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-B： 4,5-B']二噻吩-2,6-二基)二(三丁基锡)，或4,4-二辛基-2,6-双(三丁基锡烷基) -4H-噻咯并[3,2-B：4,5-b']二噻吩 中的任意一种。

其中，所述的催化剂为三(2-甲基苯基)膦、氧化铜或三(二亚苄基丙酮) 二钯中的任意一种或几种的混合。

其中，所述的有机溶剂为甲苯。