含吡咯并吡咯二酮和苝四羧酸二酰亚胺的共聚物及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种含吡咯并吡咯二酮和苝四羧酸二酰亚胺的共聚物，具有如下结构式：其中，n为1-100之间的整数；R1为C1~C20的烷基或其中，R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基；R5、R6、R7为H或C1-C20的烷基。由含吡咯并吡咯二酮和苝四羧酸二酰亚胺构成的聚合物能够形成一种很强的给体-受体结构，一方面有利于提高材料的稳定性，另一方面有利于降低材料的能带隙，从而扩大了该材料的光吸收范围，提高光电转化效率。此外，本发明还涉及上述共聚物的制备方法和应用。
【专利说明】含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及有机半导体材料领域，尤其涉及一种含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。聚合物太阳能电池因为原料价格低廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优点而备受关注，如果能够将其能量转化效率提高到接近商品硅太阳能电池的水平，其市场前景将是非常巨大的。自 1992 年 N.S.Sariciftci 等在 SCIENCE (N.S Sariciftci, L.Smilowitz, A.J.Heeger, et al.Science, 1992, 258, 1474)上报道共聚物与 C60 之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。目前，聚合物太阳能电池的研究主要集中于给体、受体共混体系，采用PTB7与PC71BM共混体系的能量转化效率已经达到7.4% (Y.Liang et al., Adv.Mater.;DO1: 10.1002/adma.200903528)，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制性能提高的主要制约因素有:有机半导体器件相对较低的载流子迁移率，器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利用以及载流子的电极收集效率低等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要提供一种光电能量转换效率较高的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物及其制备方法和应用。
[0004]一种含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物，具有如下结构式: [0005]
【权利要求】
1.一种含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物，其特征在于，具有如下结构式:
2.一种含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 提供化合物A和化合物B，所述化合物A的结构式为:
3.如权利要求2所述的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物的制备方法，其特征在于，所述催化剂为有机钯催化剂或是有机钯催化剂与有机膦配体的混合物，其中，所述混合物中有机钯催化剂与有机膦配体的摩尔比为1: 2^20,所述有机钯催化剂为Pd (PPh3) 4、Pd (PPh3) 2C12或Pd2 (dba) 3，所述有机膦配体为P (o-Tol) 3或三环己基膦；所述催化剂的摩尔量为所述化合物A与所述化合物B总摩尔量的0.0f 10%。
4.如权利要求2所述的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物的制备方法，其特征在于，所述溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二氧六环、二甲基甲酰胺、苯或甲苯。
5.如权利要求2所述的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物的制备方法，其特征在于，所述分离纯化的步骤为: 将反应后的混合液用甲醇沉降，抽滤并用甲醇洗涤固体物，收集固体物干燥除去多余的甲醇，再将所述固体物用氯苯溶解，得到的溶液加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中，加热到80°C搅拌过夜，之后将收集的有机相过氧化铝柱层析，用氯仿淋洗，再蒸发除去多余的有机溶剂，用甲醇沉降，抽滤，所得的固体用丙酮索氏提取三天后再用甲醇沉降，抽滤，真空泵下抽过夜即得到纯化的所述含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物。
6.如权利要求2所述的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物的制备方法，其特征在于，所述化合物A采用如下步骤制备: 提供具有如下结构式的化合物c:
7.如权利要求6所述的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物的制备方法，其特征在于，所述化合物C的分离纯化步骤包括:将反应后的混合液用氢氧化钠水溶液中和反应除去多余的丙酸，再用氯仿萃取，收集有机相并蒸发除去有机相中的氯仿，得到的固体物用乙酸乙酯洗涤，再用氯仿溶解过氧化铝柱层析，最后除去柱层析收集液中的溶剂即得到纯化后的所述化合物C。
8.如权利要求2或6所述的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物的制备方法，其特征在于，所述化合物B采用如下步骤制备: 提供化合物D和三甲基氯化锡，所述化合物D的结构式如下:
9.如权利要求8所述的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物的制备方法，其特征在于，所述化合物B的分离纯化步骤包括:旋转蒸发除去反应结束后混合液中多余的四氢呋喃，并用氯仿和水萃取，收集有机相，水洗涤，再用无水硫酸钠干燥，除去多余的氯仿即得所述化合物B。
10.如权利要求1所述的含吡咯并吡咯二酮和茈四羧酸二酰亚胺的共聚物在聚合物太阳能电池器件、有机电致发光器件、有机场效应晶体管、有机光存储及有机激光中的应用。
【文档编号】C09K11/06GK103865043SQ201210535550
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】周明杰, 管榕, 李满园 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司