CN102295754B - 含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物、制备方法及其应用 - Google Patents

含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物、制备方法及其应用,聚合物为以下通式的化合物:
Figure DDA0000022773580000011
其中,R1、R2选自H、C1~C20的烷基、苯基或带有C1~C20烷氧基的取代苯基,R3、R4选自C1~C20的烷基或烷氧基,n为1~100的整数。本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物通过反应合成路线简单、工艺要求低的施蒂勒(Stille)反应制备,具有溶解性好、吸光度强、电荷传输性能优良等特点,且其吸收范围延伸至近红外区,提高了对太阳光的利用率,用途广泛。

Description

含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,尤其涉及一种聚合物、其制备方法及其应用,更具体地说,涉及一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物、制备方法及其应用。
背景技术
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其具有原料价格低廉、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)上报道共轭聚合物与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.;DOI:10.1002/adma.200903528),但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多,限制聚合物太阳能电池光电转换效率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。
萘酰亚胺及其衍生物是材料和超分子化学领域的一类重要化合物,萘酰亚胺衍生物具有独特的结构特点和多样化的性能,具有n型半导体特性,在有机太阳能电池等多个领域均表现出广阔的应用前景。但是,由于萘酰亚胺及其衍生物含有大的平面共轭体系和良好的分子共平面性,分子间大π键的相互作用很强,具有较大的晶格能,因而其溶解性较差,成膜加工性能较差,导致制备的器件很容易发生相分离问题,影响激子扩散的效率,从而导致能量的损失。另外,由于萘酰亚胺及其衍生物的吸收光谱主要集中在可见区,吸收范围还不够宽,与太阳光的发射光谱匹配度还不够高,不能有效地利用太阳光,也会降低有机太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术中萘酰亚胺及其衍生物溶解性较差、成膜加工性能较差,并且其与太阳光的发射光谱匹配度还不够高、不能有效地利用太阳光的缺陷,提供一种溶解性好、吸光度强的含萘并二噻吩单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物,该共聚物的吸收范围可延伸至近红外区,能提高对太阳光的利用率。
本发明进一步要解决的技术问题在于,提供一种合成路线简单、工艺要求低的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法。
本发明还要解决的技术问题在于,提供一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物在有机太阳能电池器件制造、有机场效应晶体管制造、有机电致发光器件制造、有机光存储器件制造、有机非线性材料制造和有机激光器件制造中的应用。
为达成上述目的,依据本发明,提供一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的,其为以下通式的化合物:
Figure GDA00001924822400031
其中,R1、R2选自H、C1~C20的烷基、苯基或带有C1~C20烷氧基的取代苯基,R3、R4选自C1~C20的烷基或烷氧基,n为1~100的整数。其中,n优选为9~50的整数。
本发明所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物,优选地,所述R1、R2选自H、C1~C12的烷基或苯基。
本发明所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物,优选地,所述R3、R4选自C1~C12的烷基或烷氧基。
为达成上述目的,依据本发明,还提供一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法:将萘四羧酸二酰亚胺二溴代物、2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物与催化剂加入到有机溶剂中,在惰性气体保护下于50~130℃进行施蒂勒反应24~72h,得到上述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物,所述萘四羧酸二酰亚胺二溴代物的通式为
Figure GDA00001924822400032
所述2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物的通式为
Figure GDA00001924822400033
本发明所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,其中,所述萘四羧酸二酰亚胺二溴代物、2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物二者的摩尔比例为1~1.5∶1。
本发明所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,其中,所述催化剂为有机催化剂,所述催化剂的用量按摩尔量计为所述萘四羧酸二酰亚胺二溴代物摩尔用量和所述2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物摩尔用量之和的0.01~10%。
本发明所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,优选地,所述有机钯催化剂为有机钯和有机膦配体的混合物、三(二亚苄基丙酮)二钯/三(邻-甲苯基)磷(Pd2(dba)3/P(o-Tol)3)、四三苯基膦钯(Pd(PPh3)4)或双三苯基磷二氯化钯(Pd(PPh3)2Cl2),其中,优选地,所述有机钯和有机膦配体的混合物中有机钯和有机膦配体的摩尔比为1∶2~20。
本发明所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,优选地,所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、二氧六环、乙二醇二甲醚、苯、或甲苯中的至少一种。
为达成上述目的,依据本发明,还提供上述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物在制备有机太阳能电池器件、有机场效应晶体管、有机电致发光器件、有机光存储器件、有机非线性材料和有机激光器件中的应用。
本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物,通过在萘四羧酸二酰亚胺单元的“bay”位置引入取代基,并与萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩单元共聚来改善其溶解性。由于萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩单元同时含有两个五元噻吩环和一个萘环骨架,具有优良的平面结构、平面度和共轭度,因此电子迁移率很高,并且萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩上的5,6位可以引入烷基等以提高溶解性和改善可溶液加工性能。因此,本发明将萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩单元与萘四羧酸二酰亚胺单元共聚,形成电子给体-受体结构以调节聚合物的带隙,并将其吸收带边缘推向红外及近红外区。修饰后的萘四羧酸二酰亚胺的溶解性好、吸光度强、吸收范围能延伸至近红外区,提高了其对太阳光的利用率,并且具有优良的电荷传输性能,在有机太阳电池等领域中具有良好的应用前景。
本发明公开了一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,该制备方法具有合成路线简单可靠、工艺要求较低、产率高的特点,能制备出高品质的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物。
本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物溶解性好、吸光度强、电荷传输性能优良,且其吸收范围延伸至近红外区,提高了对太阳光的利用率,可以用于有机太阳能电池器件、有机场效应晶体管、有机电致发光器件、有机光存储器件、有机非线性材料和有机激光器件制造等多个领域。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1为以本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物作为光活性层的有机太阳能电池器件的结构示意图;
图2为以本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物作为发光层的有机电致发光器件的结构示意图;
图3为以本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物作为有机半导体层的有机场效应晶体管的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物,是利用萘四羧酸二酰亚胺二溴代物、2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物单体进行施蒂勒(Stille)反应共聚而制备,下面作简单说明。
含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备
本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的通式如下所示:
Figure GDA00001924822400061
其中,R1、R2选自H、C1~C20的烷基、苯基或带有C1~C20烷氧基的取代苯基,R3、R4选自C1~C20的烷基或烷氧基,n为1~100的整数。
本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物按照下式所示方法进行制备:
Figure GDA00001924822400062
在氮气、氩气等惰性气体保护条件下,将将萘四羧酸二酰亚胺二溴代物、2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物与催化剂加入到有机溶剂中,于50~130℃进行施蒂勒(Stille)反应24~72h,得到含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物。
该反应中,优选地,萘四羧酸二酰亚胺二溴代物、2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物两种单体原料的摩尔比例为1~1.5∶1,催化剂为有机钯和有机膦配体的混合物、Pd2(dba)3/P(o-Tol)3、Pd(PPh3)4或Pd(PPh3)2Cl2等有机钯催化剂,有机钯和有机膦配体的混合物中二者的摩尔比为1:2~20,催化剂的用量按摩尔比为萘四羧酸二酰亚胺二溴代物、2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物二者摩尔总量的0.01~10%,有机溶剂为DMF、四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚、苯、或甲苯的单一或混合溶剂。
本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的光吸收范围可达280~700nm,光吸收系数可达50000M-1cm-1,不仅吸收光谱范围宽,而且光吸收系数高,提高了太阳光的利用效率,从而提高光电转换效率。
实施例1聚N,N′-二-(2-辛基癸基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5-甲基-6-甲氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=30)的制备:
Figure GDA00001924822400071
在氮气保护条件下,对含有N,N′-二-(2-辛基癸基)-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.5mmol)和2,9-双三丁基锡-(5-甲基-6-甲氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的DMF(18mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd2(dba)3(0.014g,0.015mmol)和P(o-Tol)3(0.0083g,0.027mmol),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到80℃反应48h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤、干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到90℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。凝胶渗透色谱检测结果(GPC,THF,R.I):数量平均分子量(Mn)=34100,重量平均分子量(Mw)/Mn=2.56。
实施例2聚N,N′-二-(2-己基辛基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5-己基-6-癸基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=22)的制备:
Figure GDA00001924822400081
在氮气保护条件下,对含有化合物N,N′-二-(2-己基辛基)-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.5mmol)和2,9-双三丁基锡-(5-己基-6-癸基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的二氧六环(15mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd(PPh3)2Cl2(10mg),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到85℃反应36h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤、干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到90℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。GPC,THF,R.I:Mn=29400,Mw/Mn=2.87。
实施例3聚N,N′-二-(2-甲基十四烷基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5,6-二-二十烷基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=16)的制备:
Figure GDA00001924822400082
在氮气保护条件下,对含有化合物N,N′-二-(2-甲基十四烷基)-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.5mmol)和2,9-双三丁基锡-(5,6-二-二十烷基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的甲苯/THF(30mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd(PPh3)4(8mg),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到80℃反应72h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤、干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到80℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。GPC,THF,R.I:Mn=24800,Mw/Mn=2.65。
实施例4聚N,N′-二-(2-甲基十四烷基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5,6-二-二十烷基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=10)的制备:
Figure GDA00001924822400091
在氮气保护条件下,对含有化合物N,N′-二-(2-甲基十四烷基)-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.5mmol)和2,9-双三丁基锡-(5,6-二-二十烷基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的THF(30mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd(PPh3)4(8mg),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到50℃反应72h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到80℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。GPC,THF,R.I:Mn=15000,Mw/Mn=2.35。
实施例5聚N,N′-二-二十二烷基-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5,6-二-十二烷氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=13)的制备:
Figure GDA00001924822400101
在氮气保护条件下,对含有化合物N,N′-二-二十二烷基-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.52mmol)和2,9-双三丁基锡-(5,6-二-十二烷氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的苯(20mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd(PPh3)2Cl2(5mg),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到100℃反应56h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤、干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到80℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。GPC,THF,R.I:Mn=20600,Mw/Mn=2.78。
实施例6聚N,N′-二-(2-苯基-丙基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5,6-二甲氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=9)的制备:
Figure GDA00001924822400102
在氮气保护条件下,对含有化合物N,N’-二-(2-苯基-丙基)-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.51mmol)和2,9-双三丁基锡-(5,6-二甲氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的甲苯/DMF(25mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd(PPh3)4(10mg),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到70℃反应40h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤、干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到80℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。GPC,THF,R.I:Mn=9300,Mw/Mn=2.59。
实施例7聚N,N′-二-(2-二十烷基二十二烷基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5-辛基-6-十二烷氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=50)的制备:
Figure GDA00001924822400111
在氮气保护条件下,对含有化合物N,N′-二-(2-二十烷基二十二烷基)-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.5mmol)和2,9-双三丁基锡-(5-辛基-6-十二烷氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的DMF(18mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd2(dba)3(0.014g,0.015mmol)和P(o-Tol)3(0.0083g,0.027mmol),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到130℃反应50h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤、干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到90℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。GPC,THF,R.I:Mn=99700,Mw/Mn=3.27。
实施例8聚N,N′-二-(2-二-对甲氧基苯基-乙基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5,6-二-二十烷基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=100)的制备:
Figure GDA00001924822400121
在氮气保护条件下,对含有化合物N,N′-二-(2-二-对甲氧基苯基-乙基)-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.55mmol)和2,9-双三丁基锡-(5,6-二-二十烷基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的二氧六环/DMF(16mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd2(dba)3(5mg)和P(o-Tol)3(9mg),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到120℃反应24h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤、干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到90℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。GPC,THF,R.I:Mn=156700,Mw/Mn=2.89。
实施例9聚N,N′-二-(2-对二十烷氧基苯基-二十二烷基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-(5,6-二-二十烷氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(n=87)的制备:
Figure GDA00001924822400131
在氮气保护条件下,对含有化合物N,N′-二-(2-对二十烷氧基苯基-二十二烷基)-2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酰亚胺(0.75mmol)和2,9-双三丁基锡-(5,6-二-二十烷氧基)萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩(0.5mmol)的二氧六环/THF(18mL)溶液鼓泡0.5h除去残留的氧气,再加入Pd(PPh3)2Cl2(8mg),并鼓泡0.5h除去残留的氧气,然后在无氧气氛中加热到65℃反应72h。
将反应混合液滴加到甲醇中进行沉降,经抽滤、甲醇洗涤、干燥步骤后用甲苯溶解,加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,加热到90℃搅拌6~16h。将有机相通过氧化铝的柱层析,经氯苯淋洗、减压除去有机溶剂、甲醇沉降、抽滤后,所得固体用丙酮索氏提取三天,甲醇沉降、抽滤,真空泵下抽6~16h得到产物。GPC,THF,R.I:Mn=21700,Mw/Mn=2.76。
实施例10、有机太阳能电池器件
图1为以本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物作为光活性层的有机太阳能电池器件的结构示意图。
如图1所示,该有机太阳能电池器件的结构从下至上依次为:玻璃/ITO/PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸))/活性层/Al,其中,光活性层材料为本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物和PCBM([6,6]苯基-C61-丁酸甲酯)的混合材料,ITO是方块电阻为10-20Ω/口的氧化铟锡,ITO、PEDOT:PSS、活性层、Al层的厚度分别为180nm、30nm、130nm、80nm。
该有机太阳能电池器件的制备方法为:在玻璃衬底上制备ITO层,经超声波清洗后,用氧等离子体处理ITO层,并在ITO层上涂敷PEDOT:PSS,然后将本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物和PCBM溶解共混后涂敷于PEDOT:PSS之上,最后通过真空蒸镀技术在PCBM层上制备金属铝电极,得到有机太阳能电池器件。
实施例11、有机电致发光器件
图2为以本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物作为发光层的有机电致发光器件的结构示意图。
如图2所示,该有机电致发光器件包括玻璃基片、ITO层、发光层、LiF缓冲层和铝电极层,其中,发光层为本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物。
该有机电致发光器件的制备方法为:在玻璃基片上沉积一层方块电阻为10-20Ω/口的ITO作为透明阳极,然后通过旋转涂敷技术在ITO上制备一层本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物作为发光层,再在此发光层上真空蒸镀LiF作为缓冲层,最后蒸镀金属Al作为阴极,得到有机电致发光器件。
实施例12、有机场效应晶体管
图3为以本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物作为有机半导体层的有机场效应晶体管的结构示意图。
如图3所示,该有机场效应晶体管包括硅衬底、绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极,其中,有机半导体层为本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物。
该有机场效应晶体管的制备方法为:采用高掺杂的硅片Si作为衬底,以500nm厚的SiO2作为绝缘层,并用十八烷基三氯硅烷(OTS)对其进行修饰,然后利用旋转涂敷技术将本发明的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物制备在OTS修饰的SiO2层上面,最后形成两金电极分别作为源电极S和漏电极D,得到有机场效应晶体管。
以上所述仅为本发明的具有代表性的实施例,不以任何方式限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物,其特征在于,为以下通式的化合物:
其中,R1、R2选自H、C1~C20的烷基、苯基或带有C1~C20烷氧基的取代苯基,R3、R4选自C1~C20的烷基或烷氧基,n为1~100的整数。
2.根据权利要求1所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物,其特征在于,所述n为9~50的整数。
3.根据权利要求1所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物,其特征在于,所述R1、R2选自H、C1~C12的烷基或苯基,所述R3、R4选自C1~C12的烷基或烷氧基。
4.一种含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,其特征在于,将萘四羧酸二酰亚胺二溴代物、2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物与催化剂加入到有机溶剂中,在惰性气体保护下于50~130℃进行施蒂勒反应24~72h,得到化学式为
Figure FDA00001924822300012
所示的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩共聚物,所述萘四羧酸二酰亚胺二溴代物的通式为所述2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物的通式为
Figure FDA00001924822300022
其中,R1、R2选自H、C1~C20的烷基、苯基或带有C1~C20烷氧基的取代苯基,R3、R4选自C1~C20的烷基或烷氧基,n为1~100的整数。
5.根据权利要求4所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,其特征在于,所述萘四羧酸二酰亚胺二溴代物、2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物二者的摩尔比例为1~1.5∶1。
6.根据权利要求4或5所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,其特征在于,所述催化剂为有机催化剂,所述催化剂的用量按摩尔量计为所述萘四羧酸二酰亚胺二溴代物摩尔用量和所述2,9-双三丁基锡-萘并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩衍生物摩尔用量之和的0.01~10%。
7.根据权利要求6所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,其特征在于,所述有机催化剂为有机钯和有机膦配体的混合物、Pd(PPh3)4或Pd(PPh3)2Cl2
8.根据权利要求7所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,其特征在于,所述有机钯和有机膦配体的混合物中有机钯和有机膦配体的摩尔比为1∶2~20;其中,所述有机钯和有机膦配体的混合物为三(二亚苄基丙酮)二钯/三(邻-甲苯基)磷。
9.根据权利要求4或5所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚、苯、或甲苯中的至少一种。
10.根据权利要求1~3任一项所述的含萘四羧酸二酰亚胺-萘并二噻吩的共聚物在制备有机太阳能电池器件、有机场效应晶体管、有机电致发光器件、有机光存储器件、有机非线性材料和有机激光器件中的应用。
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