宽吸收谱的三元共轭聚合物给体材料及其制备方法和用途
【专利摘要】本发明涉及一种宽吸收谱的三元共轭聚合物给体材料，是苯并二噻吩单体作为给体单元，二酮吡咯并[3,4-c]吡咯和氟取代苯或苯作为两种受体单元，该类材料通过改变强吸电子基团氟的位置和数目，调节材料的最高占据轨道和最低空轨道能级、电荷传输能力、光物理性质和热性质，并使其具有宽的吸收谱，因而能有效地吸收能量，从而增加器件短路电流和开路电压，提升器件的能量转化效率。该材料具有良好的热稳定性，及其优良的溶解性能，且材料易于合成、提纯方便，可广泛用于有机场效应晶体管，有机光伏太阳能电池等领域。
【专利说明】宽吸收谱的三元共轭聚合物给体材料及其制备方法和用途
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机光电功能材料领域，具体一种涉及三元聚合物给体材料及其的合 成方法和应用。
【背景技术】
[0002] 能源危机和环境污染是人类在21世纪面临的巨大挑战，寻找一种清洁的可再生 的新能源已迫在眉睫。太阳能不仅是可再生能源，而且对环境无污染，是一种真正意义上的 "绿色"能源，充分利用太阳能发展光伏产业具有重要意义。虽然晶体硅太阳能电池的能量 转化效率较高，工艺比较成熟，但由于对材料纯度要求高以及制作成本昂贵以致很难以实 现大规模应用。相比而言，有机材料具有柔性好、质轻、制作容易、材料来源广泛、成本低和 易于实现大面积生产等优势，使其在实际应用中更诱人。在光伏产业中，用有机聚合物代替 无机材料将逐渐成为主流，对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义 Rapid Commun. 2012, 33, 1162; J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2QYi，51，总 m，最叛 报道的有机光伏电池（OPVs: Organic Photovoltaic Cells)的能量转化效率（PCE: Power Conversion Efficiency)高达12%，随着进一步的研究，有望实现大规模商业化应用 Mater. 2006, 18, 789)〇
[0003] 对于目前广泛研究的聚合物（polymer) /富勒烯衍生物（PCBM)本体异质结的 OPVs，PCBM作为电子受体材料由于具有低的最低未占据轨道（LUM0)能级和高电子迁移率， 因而是一类理想的受体材料价系CXe?. 7没没5；仰，CXe?. 2-- 775； J视?,· 7； ifeter.泛挪· 2012，忽，10416)。但PCBM在可见光波段对光的吸收较少，因而 电子给体材料要具备对可见光波段的有效吸收来提高〇PVs的PCE。目前报道的聚合物给 体材料由于能隙较高，其吸收光谱与太阳光谱不匹配，不能有效吸收太阳光，因而电池的效 率不高，如已报道的聚对苯撑乙烯衍生物/PCBM基OPVs的效率只有3. 3% 泛￡?. 2003，115，3493)，聚3-己基噻吩/PCBM基OPVs 的最大效率约为 5%(Adv. Funct. Mater. 2005，75，1617)。为了克服这个问题，研究者设计了许多新型低能隙共轭聚合物。其中， 由于给体（D)-受体（A)交替结构的多元共轭聚合物可获得低能隙而被广泛研究 泛￡?. Tfes. 2012，￥5，723)。特别是通过选择多种吸收波段的D、A单元合成多元共聚物来 展宽给体材料对可见光的吸收范围，进一步提高〇PVs的PCE。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种具有宽吸收谱的三元共轭聚合物给体材料。
[0005] 本发明提供的一种宽吸收谱的三元共轭聚合物给体材料，该给体材料是苯并二噻 吩单体作为给体单元，二酮吡咯并[3, 4-c]吡咯和氟取代苯或苯作为两种受体单元，它具 有以下分子结构式：
【权利要求】
1. 一种宽吸收谱的三元共轭聚合物给体材料，其特征在于：该给体材料是苯并二噻吩 单体作为给体单元，二酮吡咯并[3, 4-C]吡咯和氟取代苯或苯作为两种受体单元，它具有 以下分子结构式：
上述分子中，X，y代表两种给受体结构单元之间的比例，代表 共轭聚合物主链的聚合度，其中，3〈n〈1000，n、x、y为正整数； 札和R6相同或不同，&和R6选自氢或具有1-20个碳原子的烷基； 馬一1?5选自氢和氟原子，其中氟取代基的数目可以是〇、1、2或4。
2. 制备如权利要求1、2所述的材料的方法，其特征在于：是将苯并二噻吩、二酮吡咯并 [3, 4-c]吡咯、苯或氟取代的苯在四(三苯基膦)钯催化下进行Suzuki偶联反应得到目标产 物。
3. 权利要求1所述的化合物在有机场效应晶体管和太阳能电池中的应用。
【文档编号】C08G61/12GK104140521SQ201410328624
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】李战锋, 张叶, 王志慧, 郝玉英, 张海清 申请人:太原理工大学