CN104629005A - 一类基于9,10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用 - Google Patents

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李翠红
李光武
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Abstract

本发明公开了一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。本发明涉及一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法，通式如式一所示，以及该共轭聚合物作为活性层材料在有机光电子器件如聚合物太阳能电池和有机场效应晶体管中的应用。本发明的一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物具有非常好的平面性以及优异太阳光捕获能力和空穴传输能力，该类共轭聚合物溶液加工性、热稳定性、电荷传输性、吸光性好，是有机电子器件如太阳能电池、场效应晶体管和发光二极管中理想的有机半导体材料。其通式如下所示。

Description

一类基于9,10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用
技术领域
本发明属于聚合物太阳能电池材料研究和有机场效应晶体管材料研究领域，特别涉及一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。有机太阳能电池作为一种绿色、可再生能源的利用方法，具有价格低廉，质量轻便、易于大面积柔性制备等优点，因此受到广大研究者们的青睐。基于有机共轭材料的本体异质结太阳能电池已经取得了长足的进步，一系列新型的材料被合成出来并加以利用，能量转换效率已经达到12.0％，显示出有机太阳能电池的广阔应用前景。 
背景技术
自从1986年Tang的工作以来，在这二十多年间，聚合物有机太阳能电池已经取得了长足的进步，大量的共轭聚合物结构被合成出来，基于这些聚合物为给体，以富勒烯的衍生物为受体的异质结太阳能电池器件其效率已经超过8％，最高达到12％，这为有机太阳能电池实用打下坚实的基础。 
材料是器件的基础，有机共轭材料是本体异质结太阳能电池的基础材料。研究者们发现，要提高太阳能电池的效率，共轭聚合物材料在分子能级、结晶性能、吸收、迁移率以及分子量等很多方面都有要求。如何设计分子结构，采用何种合成方法，如何进一步来满足上述的各种要求，成为研究者们最关注的问题。同时，有诸多因素影响太阳能电池器件的能量转换效率，在器件方面涉及到的四个物理过程为：“光子吸收、激子产生、激子分离为载流子和载流子传输”，这些都对器件性能有重大的影响。四个过程的机理以及材料的结构与这些过程的关系，比如电子在受体内的传输和空穴在给体内 的传输对本体异质结太阳能电池的光伏效率是至关重要的，对于纯PCBM，它的电子迁移率(μe)为2.0×10-7m2V-1s-1，一般聚合物的迁移率都低于纯PCBM，这时候在局部将会生成多余的电子或者空穴。这种多余的电子或者空穴产生空间电荷，形成的电场与内电场方向相反，造成迁移率的下降。最后，载流子传输下降到一定值时，两种电场平衡，形成空间限制电流。所以可以通过空间限制电流来计算迁移率。空间电荷的存在会降低器件的填充因子(FF)以及器件的能量转换效率，所以，在优化器件时应该尽量平衡电子和空穴迁移率，抑制空间电荷的产生。通常提高合成平面性的共轭聚合物来提高其空穴迁移率，这是由于平面性的结构可以增加其在薄膜中形成紧密的堆积，从而提高其空穴迁移率。因此，对于这些问题的研究和阐述，将有利于设计更加合理的材料结构以及采用更加优化的器件构造，来提高能量转换效率。基于以上的思路，多种平面性的共轭聚合物有机材料被设计合成出来并应用在有机光电子器件中。 
本发明公开了一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。本发明为一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物，结构如式I所示。目前，苯并噻二唑(BT)是众多电子受体结构单元中的杰出代表，利用它构建的p型半导体材料显示出了非常高的电子迁移率，更为重要的是当它与电子给体结构单元链接时，构建出了众多光伏性能出众的窄带隙的共轭聚合物材料。9，10-二取代菲具有非常好的平面性，较高的载流子迁移率，并可以作为很好的电子给体。本发明公开本发明一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用，该具有很好的溶解性以及较宽的紫外吸收，本发明涉及一类基于9，10-二取代菲可用作聚合物太阳能电池的给体材料和有机场效应晶体管材料等。 
发明内容
本发明旨在公开一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用 
本发明中9，10-二取代菲共轭聚合物的制备方法如下： 
具体实施方式
实施例1：制备式二结构的9，10-二取代菲共轭聚合物 
100mg单体2,7-二(频哪醇酯-2-基)-9，10-二(辛氧烷)-菲，104mg4,7-二(5-溴噻吩-2-基)-5,6-二(辛氧烷)-苯并噻二唑，15mL四氢呋喃，5mL甲苯，3mL水，0.5gNaHCO3的混合物在100ML的截门烧瓶中，在加入1.37mg Pd(PPh3)4之前之后都经过反复充脱氮气，然后体系在氮气气氛下搅拌回流反应3天。加入15mg苯硼酸反复充脱氮气继续回流6个小时，加入溴苯10mg反复充脱氮气继续回流6个小时，然后冷却体系，加入水和氯苯；用分液漏斗分出有机层，用丙酮沉淀，然后将沉淀在溶解在100度的氯苯中，进行热过滤，在继续在丙酮中沉淀，反复该操作3次，最后在高真空下干燥得到142mg深红色聚合物，产率为70％。 
实施例2：制备式三结构的9，10-二取代菲共轭聚合物 
100mg单体2,7-二(频哪醇酯-2-基)-9，10-二(4-辛氧基-苯基)-菲，85mg4,7-二(5- 溴噻吩-2-基)-5,6-二(辛氧烷)-苯并噻二唑，15mL四氢呋喃，5mL甲苯，3mL水，0.5g NaHCO3的混合物在100ML的截门烧瓶中，在加入1.37mg Pd(PPh3)4之前之后都经过反复充脱氮气，然后体系在氮气气氛下搅拌回流反应3天。加入15mg苯硼酸反复充脱氮气继续回流6个小时，加入溴苯10mg反复充脱氮气继续回流6个小时，然后冷却体系，加入水和氯苯；用分液漏斗分出有机层，用丙酮沉淀，然后将沉淀在溶解在100度的氯苯中，进行热过滤，在继续在丙酮中沉淀，反复该操作3次，最后在高真空下干燥得到140mg深红色聚合物，产率为76％。 
附图说明
图1是基于式三结构的9，10-二取代菲共轭聚合物在溶液和薄膜中的紫外吸收光谱。 

Claims (3)

1.一类基于9，10-二取代菲共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。 
2.权利要求1所述材料的方法，主要步骤是： 
氮气气氛下，以甲苯、四氢呋喃和NaHCO3水溶液为溶剂，将4-(5-溴噻吩-2-基)-7-(5-(5-己基噻吩-2-基)噻吩-2-基)苯并噻二唑和2，7-二(频哪醇酯-2-基)-9，10-二(辛氧烷)-菲，在四(三苯基膦)钯催化下体系在氮气气氛下搅拌回流反应3天。加入苯硼酸反复充脱氮气继续回流6个小时，加入溴苯反复充脱氮气继续回流6个小时，然后冷却体系，加入水和氯苯；用分液漏斗分出有机层，用丙酮沉淀，然后将沉淀在溶解在100度的氯苯中，进行热过滤，在继续在丙酮中沉淀，反复该操作3次，最后在高真空下干燥得到聚合物。 
3.权利要求1所述共轭聚合物在光电子器件中的应用。 
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