[发明专利]基于3’-氟苯基取代喹喔啉结构单元的共轭聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机高分子光电技术领域，具体涉及一种基于3'‑氟苯基取代喹喔啉结构单元的共轭聚合物及其制备方法和应用，所述聚合物主链中含有2,3‑二(3'‑氟苯基)喹喔啉结构单元，所述共轭聚合物具有如下式A所示结构，式中聚合度(n)＝10～300；其中:R和R’为H、F中的一种或均为碳原子数1‑12的烷氧基。D为供电子共轭结构单元。本发明共轭聚合物可以作有机太阳能电池的给体材料，作为有机太阳能电池器件的活性层使用。

技术领域

本发明属于有机高分子光电技术领域，具体涉及一种基于3'-氟苯基取代喹喔啉结构单元的共轭聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

与商业化的晶硅太阳能电池相比较，有机太阳能电池具有如下优点：材料分子结构变化多样，多途径改变来提高材料光谱吸收能力；可溶液加工，实现大面积成膜；廉价、工艺简单。正因为有如此多的优点，所以受到学术和产业界的广泛关注。现在研究最广泛的有机太阳电池器件结构主要为本体异质结结构，主要影响有机太阳电池性能的活性层由可溶液加工的共轭聚合物给体材料和富勒烯衍生物或非富勒烯电子受体材料构成。共轭聚合物给体材料可溶于普通有机溶剂、成膜性能好、易于加工、可通过旋涂法成膜、大大降低了器件的制备成本。相对于受体材料而言，共轭聚合物给体材料更容易通过分子结构的变化，来调节其性能。一般而言性能良好的共轭聚合物给体材料需要满足具有良好的吸收光谱和吸收强度、合适的分子能级和较高的载流子迁移率。众多研究表明，共轭聚合物材料的分子结构中引入氟原子能有效地调节材料的光物理性能、分子能级以及载流子迁移率。吸电子的喹喔啉结构是构筑高效的供-受电子结构类型共轭聚合物给体材料的常见结构单元。目前现有技术还未有报道设计和合成3'-氟苯基取代喹喔啉结构单元的共轭聚合物给体材料及其应用。

发明内容

本发明主要提供了一种基于3'-氟苯基取代喹喔啉结构单元的共轭聚合物及其制备方法和应用，该共轭聚合物可以作有机太阳能电池的给体材料，作为有机太阳能电池器件的活性层使用。其技术方案如下：

一类基于3'-氟苯基取代喹喔啉结构单元的共轭聚合物，所述聚合物主链中含有2,3-二(3'-氟苯基)喹喔啉结构单元，所述共轭聚合物具有如下化学结构：

式中聚合度(n)＝10～300；其中:

为2,3-二(3'-氟苯基)喹喔啉结构单元，R和R’为H、 F中的一种或均为碳原子数1-12的烷氧基。

D具有以下供电子共轭结构单元中的一种：

其中，R₁为碳原子数1-12的烷基，R₂和R₃为氢或碳原子数1-12的烷基。

一种基于3'-氟苯基取代喹喔啉结构单元的共轭聚合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含2,3-二(3'-氟苯基)喹喔啉结构的单体和供电子结构单体溶于无水甲苯中，加入催化剂，惰性气体保护下升温反应；

(2)用甲醇沉淀，以甲苯为洗脱剂，硅胶柱层析分离，沉淀剂沉淀，干燥得到纤维状共轭聚合物；

或用甲醇沉淀，依次用正己烷、丙酮和三氯甲烷索氏提取，浓缩三氯甲烷溶液，沉淀剂沉淀，干燥得到纤维状聚合物。

优选的，所述催化剂为三(二亚苄基丙酮)二钯(Pd₂(dba)₃)和三(2- 甲苯基)膦(P(o-toyl)₃)。

优选的，所述含2,3-二(3'-氟苯基)喹喔啉结构的单体分子结构如下式(B)或(C)所示：