一種具有寬吸收譜的四元共軛聚合物及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有寬吸收譜的四元共軛聚合物及其制備方法和應(yīng)用，屬于高分子材料領(lǐng)域。本發(fā)明是以苯并二噻吩衍生物作為給體單元，吡咯并吡咯二酮衍生物、苯并噻二唑衍生物和具有強吸電子能力的氟取代苯作為受體單元，在催化劑存在下進行偶聯(lián)反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。該產(chǎn)品為有機太陽能電池提供了一種給體材料，具有較寬的光吸收譜，能夠有效的吸收光能量，且該材料在氯仿和氯苯中有好的溶解性能。該材料具有良好的熱穩(wěn)定性，可廣泛用于有機光伏太陽能電池等領(lǐng)域。
【專利說明】一種具有寬吸收譜的四元共軛聚合物及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有寬吸收譜的四元共軛聚合物及其制備方法和應(yīng)用，屬于材料 領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)70年代石油危機后，世界各國越來越關(guān)注能源的可持續(xù)性問題。新型可 再生能源開發(fā)成為當(dāng)前研究的熱點問題。太陽能是可再生的能源，是真正意義上的環(huán)保潔 凈能源，太陽能資源豐富，在全球范圍的分配相對均衡，既可免費使用，又無需運輸，不 產(chǎn)生排放廢物，對環(huán)境無任何污染。太陽能的開發(fā)利用必將得到長久的應(yīng)用，并最終成為 世界能源體系中的主導(dǎo)新能源。
[0003] 太陽能光電是利用光生伏特效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，其主要的裝置 是太陽能電池。目前，無機太陽能電池尤其是單晶硅、多晶硅系列電池目前技術(shù)相對成熟， 應(yīng)用也最為廣泛，硅基及其它無機金屬化合物太陽能電池也成為了這一研究領(lǐng)域的主流。 但是其原材料昂貴，制作工藝復(fù)雜等問題一直很難克服。與無機材料相比，有機材料以其原 料易得、廉價、制備工藝簡單、環(huán)境穩(wěn)定性高、可以在卷曲的襯底上柔韌加工等優(yōu)點，日益被 人們重視，成為了新一代太陽能電池研究的一大熱點。
[0004] 對于目前廣泛研究的聚合物（polymer)/富勒烯衍生物（PCBM)本體異質(zhì)結(jié)的 OPVs (Organic Photovoltaic Cells)，PCBM作為電子受體材料由于具有低的最低未占據(jù)軌 道能級和高電子遷移率，因而是一類理想的受體材料。由于富勒烯衍生物PCBM在可見光波 段內(nèi)對光的吸收較少，所以就要求給體材料能夠?qū)膺M行有效的吸收從而來提高OPVs的 PCE (Power Conversion Efficiency)?；诖?，本發(fā)明通過選擇吸收波段互補的D、A單元來 合成多元共聚物，達到拓寬給體材料對可見光吸收范圍的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種具有寬吸收譜的四元共軛聚合物，是一種由多受體單元和單 給體單元組成的多元聚合物給體材料，用于有機太陽能電池中，使得材料的吸收光譜得到 拓寬，提高多項性能。本發(fā)明還提供了上述聚合物的制備方法。
[0006] 本發(fā)明提供了一種具有寬吸收譜的四元共軛聚合物，它是以苯并二噻吩衍生物作 為給體單元，吡咯并吡咯二酮衍生物、苯并噻二唑衍生物和具有強吸電子的氟取代苯作為 受體單元，該聚合物材料的結(jié)構(gòu)通式如下：
[0007]

【權(quán)利要求】
1. 一種具有寬吸收譜的四元共軛聚合物，其特征在于：該聚合物材料的結(jié)構(gòu)通式如 卞·
式中，X，Y，Z代表三種給受體結(jié)構(gòu)單元之間的比例，且η、X、Y、Z為正整數(shù)； Rp R2相同或者不同，Rp R2分別選自氫或具有1-20個碳原子的烷基、具有1-20個碳 原子的烷氧基、具有1-20個碳原子的酯基、具有1-20個碳原子的砜基及亞砜基、芳基、芳烷 基、鹵代烷基、雜烷基，具有2-20個碳原子的烯基、由單、雙、三鍵或其組合的取代基取代的 芳基； R3、R4、R5、R6、R7、R 8 選自氫或氟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有寬吸收譜的四元共軛聚合物，其特征在于：所述聚合物 由以下四種單體聚合而成；其中單體A的結(jié)構(gòu)式為：
單體B的結(jié)構(gòu)式為：
單體C的結(jié)構(gòu)式為：
單體D的結(jié)構(gòu)式為
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有寬吸收譜的四元共軛聚合物，其特征在于：所述單體D 中，強吸電子基團氟在苯環(huán)上的不同位置進行取代，取代基的數(shù)目為〇、1、2或4。
4. 一種權(quán)利要求1?3任一項所述的具有寬吸收譜的四元共軛聚合物的制備方法，其 特征在于：將具有A、B、C、D結(jié)構(gòu)的單體，在催化劑存在下進行偶聯(lián)反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物；具體 包括以下步驟： (1) 甲苯脫水：向燒瓶中依次加入甲苯、二苯甲酮和在無水狀態(tài)下切出的鈉塊，瓷子攪 拌，升溫到120°c ;待溶液顏色變藍說明甲苯中的水已除盡，此時用蒸餾頭將甲苯蒸出； (2) 將稱量好的單體B、C、D倒入容器中，然后迅速抽真空，沖氮氣，反復(fù)多次，使得反應(yīng) 裝置內(nèi)沒有空氣； (3) 向容器中再加入稱量好的單體A和鈀催化劑；再迅速抽真空，沖氮氣，反復(fù)多次，使 得反應(yīng)裝置內(nèi)沒有空氣，防止催化劑零價鈀被氧氣氧化成二價鈀； (4) 將油浴鍋加熱升溫，待冷凝管回流速率不變，則說明反應(yīng)穩(wěn)定；反應(yīng)裝置中氣球與 三通活塞相連接，將裝置內(nèi)氣體與外界隔開，通過氣球體積判斷裝置內(nèi)壓強變化，若氣球體 積不發(fā)生變化，說明反應(yīng)裝置密閉性良好，再次加緊瓶塞，在瓶塞裝置連接處涂抹凡士林， 此舉便于觀察裝置是否漏氣，然后穩(wěn)定狀態(tài)下進行反應(yīng)48h ; (5) 反應(yīng)完畢后，待反應(yīng)裝置冷卻到室溫，加入甲醇；待溶液中有黑色固體析出，用定 性濾紙過濾將沉淀收集，然后分別用甲醇、正己烷和氯仿進行索氏提取，最終得到黑綠色固 體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有寬吸收譜的四元共軛聚合物的制備方法，其特征在于： 所述催化劑為四（三苯基膦）鈀催化劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有寬吸收譜的四元共軛聚合物的制備方法，其特征在于： 所述抽真空過程中，致反應(yīng)溶液沸騰，說明裝置內(nèi)氣壓低，空氣抽盡，再沖入氮氣致滿裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有寬吸收譜的四元共軛聚合物的制備方法，其特征在于： 所述單體A、B、C、D的原料配比為（X+Y+Z) :X:Y:Z，催化劑與單體A的配比I :(10?15)。
8. -種權(quán)利要求1?3任一項所述的具有寬吸收譜的四元共軛聚合物在有機太陽能電 池上的應(yīng)用。
【文檔編號】H01L51/46GK104262591SQ201410486215
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】李戰(zhàn)峰, 孫欽軍, 袁樹青, 喬宗華, 劉偉鵬, 郝玉英 申請人:太原理工大學(xué)