CN106700039B - 氟代吡啶[3,4-b]吡嗪化合物及氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料和应用 - Google Patents

氟代吡啶[3,4-b]吡嗪化合物及氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氟代吡啶[3,4‑b]吡嗪化合物及氟代吡啶[3,4‑b]吡嗪基共聚物材料和应用，氟代吡啶[3,4‑b]吡嗪化合物与含烷基噻吩或烷硫基噻吩侧链的苯并二噻吩等通过Stille偶联反应得到氟代吡啶[3,4‑b]吡嗪基共聚物材料，这类共聚物材料溶解性好，易于加工成膜，且具有良好的光电转换功能，用于制备有机太阳能电池器件，光电转换效率都超过5％，其中最高单层器件光电转换效率高达6.2％。

Description

氟代吡啶[3,4-b]吡嗪化合物及氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚 物材料和应用
技术领域
本发明涉及一种光伏材料，特别涉及一种用于制备光伏材料的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪(fPP)单体和一系列氟代吡啶[3,4-b]吡嗪(fPP)基共聚物材料，以及一系列以碳-碳单键连接的聚氟代吡啶[3,4-b]吡嗪(fPP)基共聚物材料在有机太阳能电池中的应用。
背景技术
最近十年来，吡啶[3,4-b]吡嗪(PP)由于其含两个对称不饱和的N原子，以及吡啶环上的N原子，所以一直作为一个典型的电子受体单元而被人们关注。它的一系列聚合物衍生物展示了良好的光电性质而被广泛应用于近红外发光二极管、场效应晶体管、双光子吸收、本体异质结太阳能电池等领域。2008年Mario Leclerc等报道了含有吡啶[3,4-b]吡嗪的系列聚合物，光电转换效率为1.1％[1]。2010年Kung-Hwa Wei等报道了含吡啶[3,4-b]吡嗪系列给体聚合物，光电转换效率为3.15％[2]。2011年Alex K.-Y.Jen等报道了含吡啶[3,4-b]吡嗪系列聚合物，其光电转换效率达到了3.21％[3]。2014年曹镛等合成了含吡啶[3,4-b]吡嗪系列聚合物，光电转换效率为3.93％[4]。2016年Chun-Guey Wu等合成了含吡啶[3,4-b]吡嗪系列聚合物，其光电转换效率为4.4％[5]。但是至今，这系列的聚合物光电转换效率比较低，因为它们的分子量往往比较小及溶解性比较差等。[(1)J.Am.Chem.Soc.2008,130,732；(2)Macromolecules 2010,43,6270–6277；(3)Macromolecules 2011,44,4752–4758；(4)Macromolecules 2014,47,2921-2928；(5)Journal of polymer science,part A:polymer chemistry 2016,54,1822–1833].
F原子在太阳电池领域是一个非常“特别”的原子。众所周知，F原子的体积小，引入到受体单元上不会增加空间阻碍。另一方面，F原子具有强吸电子性，引入到受体单元上不但可以降低HOMO能级(提高Voc)，而且可以进一步促进电荷迁移。此外，由于分子间或分子内F-H和F-C的相互作用力，可以有效的改善聚合物的平面性以及分子内自组装，有利于分子间的π-π堆积，从而提高电荷迁移率，进而提高太阳电池的填充因子(FF)值。值得注意的是，F原子还可以提高聚合物的疏水性，进而提高器件的水稳定性。这里，我们通过以易修饰的吡啶[3,4-b]吡嗪为基本单元，在侧链苯环上引入F原子，达到提高聚合物光电转换效率的目的。[(1)Nano Energy 30(2016)312–320；(2)Chem.Commun.,2016,52,6881；(3)J.Mater.Chem.C,2016,4,2606；(4)Chem.Mater.2012,24,4766-4772].
研究结果表明，氮原子可以引入到聚合物主链中而不改变聚合物共轭结构，由于其有多个连接位置，再加上吡啶环上氮原子有强的吸电子能力，使吡啶[3,4-b]吡嗪结构吸电子能力比苯并喹喔啉好。
苯并二噻吩(BDT)是常见重要的电子给体单元，这类给体单元在高效能聚合物太阳电池材料中扮演着十分重要的作用，因为其合成较为简单，而且具有对称的平面结构，有利于分子形成良好的π-π堆积作用，所以一般含有这类单元的聚合物拥有较高的载流子迁移率和合适的化学能级，其中基于二维BDT的给体材料光电转换效率已经突破10％。侧链在聚合物的溶解性能、光的吸收、分子量的提高、能级方面起到了重要作用。给电子的侧链可以提高主链的电子云密度，例如，以烷基噻吩为侧链的BDTπ电子离域范围更广，确保了分子间更多的π-π堆积作用，有利于激子的分离和电荷传输。基于烷基噻吩取代的BDT给体单元的聚合物相比于烷氧基等取代的一维BDT显示出更好的热稳定性，更高的空穴迁移率，光电转换效率更高等。S原子的给电子能力要比O原子小，此外S原子有接受π电子的能力由于S原子外面的孤对电子与双键上的π电子形成Pπ(C)-Pπ(S)。这会让含S聚合物显示出独特的光电性质。李课题组在BDT侧链上引入烷硫基噻吩，结果显示相对于烷基噻吩侧链吸收光谱发生明显的红移(有利于提高Jsc)，HOMO能级下降(有利于获得高Voc)，提高光电转换效率。[(1)Energy Environ.Sci.,2014,7,2276-2284；(2)Acc.Chem.Res.2014,47,1595-1603；(3)Chem.Rev.2016,116,7397-7457].
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种含氟取代基、烷氧取代基等的5,8-双(5-溴-2-噻吩基)-2,3-双(4-(2-异辛氧基-3-氟代苯))吡啶[3,4-b]吡嗪化合物，该化合物可以作为有机聚合物光伏材料的电子受体单元。
本发明的另一个目的是在于提供一种含有5,8-双(5-溴-2-噻吩基)-2,3-双(4-(2-异辛氧基-3-氟代苯))吡啶[3,4-b]吡嗪受体单元，光伏性能好、溶解性好的共聚物材料。
本发明的第三个目的是在于提供所述氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料作为光伏材料在有机太阳能电池中的应用，氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料表现出较好的光电转化效率。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种氟代吡啶[3,4-b]吡嗪化合物，其具有式1结构：
其中，R为C5～C10的烷基。
优选的方案，R为C8的烷基；最优选的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪化合物为式3结构：
本发明还提供了一种氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料，其具有式2结构；
其中，
R为C5～C10的烷基；
R1为C5～C10的烷基、C5～C10的烷硫基或C5～C10的烷氧基；
n＝8～25。
优选的方案，R为C8的烷基；R1为C8的烷基、C8的烷硫基或C8的烷氧基，n优选为8～10。最优选的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料具有式4或式5结构：
式4：聚8-(5-(4,8-双(5-(2-异辛基噻吩)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2,3-双(4-((2-异辛氧基-3-氟代苯))-5-(5-噻吩基)吡啶[3,4-b]吡嗪
式5：聚8-(5-(4,8-双(5-(2-辛硫基噻吩)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2,3-双(4-((2-异辛氧基-3-氟代苯))-5-(5-噻吩基)吡啶[3,4-b]吡嗪
本发明还提供了一种氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料的应用，将其作为光伏材料应用于制备聚合物太阳能电池器件。
优选的方案，所述氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料与电子受体物质溶于溶剂后，涂覆在导电玻璃上制备薄膜，在所述薄膜上制备金属电极，得到聚合物太阳能电池器件。
较优选的方案，所述电子受体物质为PC61BM、PC71BM、PC61BM衍生物、PC71BM衍生物、有机物电子受体中至少一种。
较优选的方案，所述溶剂为邻二氯苯、三氯甲烷、四氢呋喃中至少一种。
本发明的聚合物太阳能电池器件，通过使用乙酰丙酮锆(ZrAcac)，苝酰亚胺衍生物(PDIN和PDINO)作为界面层，1.2％的1,8-二碘辛烷(DIO)作为添加剂，其单层光电转换效率都超过5％。
本发明的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料应用于制备聚合物太阳能电池器件，制备过程为：将共聚物BDTT-fPP、BDT-S-fPP与电子受体物质(PC61BM、PC71BM)混合，加入溶剂及添加剂，使混合物溶解即可，涂覆在导电玻璃上制备出薄膜，在薄膜上旋涂ZrAcac或PDIN或PDINO溶液作为界面层，蒸镀金属电极做成聚合物太阳能电池器件。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
本发明的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪化合物与侧链为烷氧基噻吩、烷硫基噻吩或烷基噻吩的苯并二噻吩二维电子给体单元共聚，通过碳-碳单键偶联得到二维线性fPP光伏材料，其单层光伏性能超过5％，其中最高的光电转换率达到6.2％。
本发明的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料通过在电子受体单元侧链苯环上引入F原子提高了其吸电子能力，拓宽了对光谱的吸收范围，而且避免了F原子在聚合物的共轭主链上而导致的光学带隙增大的现象，同时提高了电荷迁移率，从而提高了聚合物的FF值。氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物的侧链上大量引入了烷氧基、烷基、烷硫基等，大大提高了聚合物的溶解性能，改善聚合物薄膜的形貌，有利于加工成型，有效地提高了短路电流(Jsc)值。氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物共轭主链上的N原子，由于其强的吸电子能力，降低了HOMO能级，从而提高了开路电压(Voc)值；含有的5,8-双(5-溴-2-噻吩基)-2,3-双(4-(2-异辛氧基-3-氟代苯))吡啶[3,4-b]吡嗪结构单元对于提高Jsc、Voc、FF有较好效果，从而得到较好的光电转换效率。
附图说明
【图1】为本发明基于BDT-S-fPP聚合物的紫外可见吸收光谱。
【图2】为本发明基于BDT-S-fPP聚合物的电化学分析。
【图3】为本发明基于BDT-S-fPP聚合物的空穴迁移率。
【图4】为本发明基于BDT-S-fPP聚合物的光电转换效率。
【图5】为本发明基于BDT-S-fPP聚合物的外量子转换效率。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
fPP光伏材料合成路线表示如下：
单体和聚合物的分子结构与合成。
试剂和条件：(a)碳酸钾、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，溴代异辛烷；(b)镁粉、溴化亚铜、无水溴化锂、草酰氯、单质碘、四氢呋喃；(c)液溴、溴化氢(d)冰醋酸、乙醇(e)四(三苯基膦钯)(Pd(PPh3)4)、无水甲苯；(f)N-溴代丁二酰亚胺(NBS)、DMF；(g)四(三苯基膦钯)(Pd(PPh3)4)、无水甲苯；
制备方法主要步骤如下：
a)在250mL三口烧瓶中加入3-氟-4-溴苯酚(15.0g,75mmol)，无水碳酸钾(11.0g，80mmol)，DMF(100mL)，充放气三次，在氩气为保护气的条件下先加热至60℃反应30min。后向反应瓶中逐滴加入溴代异辛烷(15g,75mmol)，滴加完毕后，再升温至150℃继续反应10h，停止反应，冷却至室温后，用二氯甲烷萃取，有机相水洗多次，直至水层清亮，收集有机相，减压蒸馏去除溶剂，粗产品以石油醚为洗脱剂，经柱层析分离得到无色油状液体化合物2(16.8g，收率83.4％)。
1HNMR(400MHz,CDCl3,ppm):7.30-7.40(m，2H),6.80-6.85(t,1H),3.98-3.86(m,2H)1.86-1.72(m,1H),1.57-1.30(m,8H),1.02-0.88(m,6H).
b)在250mL三口烧瓶a中加入镁粉(1g，44mmol)和一粒碘，充放氩气三次，氩气保护下，将化合物2(11.15g，36.8mmol)溶于60mL的四氢呋喃溶液中，滴加适量(没过Mg粉)的化合物2的四氢呋喃溶液到烧瓶中，用吹风机加热引发，当溶液产生大量气泡，碘的颜色逐渐褪去，有大量热放出时，将化合物1的四氢呋喃溶液逐滴加到烧瓶中，滴加完毕后，再在50℃下继续回流搅拌3.5h。在另一三口烧瓶b中加入无水溴化亚铜(5.28g，36.8mmol)，充放气三次，在氩气保护下加入四氢呋喃(50mL)，0℃下，搅拌至均匀后加入无水溴化锂(6.3938g，73.6mmol)，继续搅拌至匀相。将制备好的格式试剂通过注射器打入三口烧瓶b中，0℃下逐滴加入反应瓶中，滴加完毕后继续反应2h。将草酰氯(2.14g，16.85mmol)快速加入上述反应体系中继续反应1h(0℃)。然后在室温下反应过夜，反应结束后，将产物倒入饱和氯化铵溶液中除去未反应完全的溴化亚铜，用二氯甲烷萃取，水洗有机相多次，直至水层清亮，收集有机相，减压蒸馏去除溶剂，粗产品以石油醚为洗脱剂，经柱层析分离得到黄色粘稠状液体化合物3(4.1g，收率32.18％)。
1H NMR(400MHz,CDCl3,ppm):7.55-7.45(m,2H),(m,4H)7.40-7.32(m,2H),7.00-6.90(m,2H),4.02-3.90(m,4H),1.87-1.70(m,2H),1.58-1.25(m,16H),1.03-0.83(m,12H).
c)将3,4-二氨基吡啶(20mmol，2.183g)与48％的溴化氢(16mL)混合至50mL两口瓶中，在室温下液溴(3.2mL)逐滴加入，滴加完毕升温至80℃反应24h，冷却至室温后，粗产物用布氏漏斗过滤，依次用饱和硫代硫酸钠溶液、饱和碳酸氢钠溶液，水分别洗两次。最后用甲醇重结晶得到赭色固体5直接进行下步反应。(2.19g，收率41％)
d)将化合物5(2.19g，8.21mmol)和化合物3(3.839g,8.21mmol)溶于10mL乙酸和30mL无水乙醇置于三口瓶中，充放气三次，在氩气保护,60℃反应16h。停止反应，冷却至室温后，将反应液倒入200mL水中，用二氯甲烷萃取，收集有机相，有机相依次用水、饱和碳酸氢钠溶液分别洗两次，收集有机相，用无水硫酸镁干燥、过滤，用减压蒸馏去除溶剂，粗产品以DCM:PE(V/V＝1:5)混合液洗脱剂，经柱层析分离得到得到土黄色油状液体6。
1H NMR(500MHz,CDCl3)8.72(1H,s),7.57–7.47(2H,m),7.41(2H,t,J＝6.5),6.96(2H,dt,J＝14.7,7.4),3.99–3.93(4H,m),1.80(2H,dt,J＝12.3,6.2),1.49–1.43(5H,m),1.38–1.30(9H,m),1.25(2H,s),0.93(14H,dt,J＝12,7.2).
e)将化合物6(0.733g，1mmol)，三丁基(2-噻吩基)锡(1.178g，3mmol)，Pd(PPh3)4(57.8mg，0.05mmol)及10mL无水甲苯加入反应瓶中，在氩气保护下反应混合液加热回流48h。反应结束后，冷却至室温，将反应液倒入200mL水中，用二氯甲烷萃取三次，合并有机相，然后依次用10％的盐酸溶液、饱和碳酸氢钠溶液分别洗两次，收集有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤，减压蒸馏去除溶剂，粗产品以DCM:PE(V/V＝1:2)混合液为洗脱剂，经柱层析分离得到红色粘稠状液体8。(0.665g，收率90％)
1H NMR(500MHz,CDCl3)9.05(1H,s),8.55(1H,d,J＝3.1),7.82(1H,d,J＝3.2),7.58–7.48(4H,m),7.44–7.38(2H,m),7.19(2H,ddd,J＝8.6,4.9,3.9),6.97(2H,dt,J＝15.3,8.4),3.98(4H,td,J＝6.2,2.5),1.82(2H,dd,J＝11.6,5.9),1.59–1.43(8H,m),1.36(8H,dt,J＝7.2,3.6),1.00–0.92(12H,m).
f)在反应瓶子依次加入化合物8(0.4811g，0.5507mmol)，15mL DMF，然后避光，在0℃下搅拌均匀，再往反应瓶中一次性加NBS(0.332g，1.3015mmol)。室温避光反应12h。反应结束后，倒入200mL水中，用氯仿萃取，用饱和食盐水洗有机相，用无水硫酸镁干燥、过滤后，减压蒸馏去除溶剂，粗产品以DCM:PE(V/V＝1:2)混合液为展开剂，经柱层析分离得到橙色固体(0.45g，收率91％)
1H NMR(400MHz,CDCl3)8.98(1H,s),8.26(1H,d,J＝4.1),7.55(1H,d,J＝4.0),7.51–7.39(4H,m),7.15(2H,dd,J＝7.3,4.1),7.03(2H,td,J＝8.3,5.0),4.05–3.98(4H,m),1.85(2H,ddd,J＝12.2,6.0,3.8),1.63(2H,d,J＝6.4),1.59–1.48(6H,m),1.38(8H,dd,J＝3.5,1.7),1.02–0.93(12H,m).
g)通过Stille偶联反应合成聚合物(BDT-S-fPP)：将M1(134.57mg,0.15mmol)和2,6-二(三甲基锡)-4,8-二(5-辛硫基噻吩)-苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩(147.32mg,0.15mmol)依次加入到13mL无水甲苯中，用氩气吹10min,再加入Pd(PPh3)4(13mg)，继续用氩气吹20min,快速升温，升温至110℃并回流搅拌反应24h，冷却至室温后，将反应液倒入200mL甲醇中沉析，过滤，在索氏提取器中依次用甲醇、正己烷、丙酮、氯仿避光抽提，回收氯仿溶液，旋干溶剂，过柱，收集样品，旋干溶剂，加入甲醇使之层析出来，高速离心后倒掉上层清夜，在真空干燥箱中干燥16h,得到紫黑色目标聚合物BDT-S-fPP(205mg,收率86.6％).
通过Stille偶联反应合成聚合物(BDTT-fPP)：将M1(134.57mg,0.15mmol)和2,6-二(三甲基锡)-4,8-二(3-异辛基噻吩)-苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩(135.95mg,0.15mmol)加入到13mL无水甲苯中,用氩气吹气10min,再加入Pd(PPh3)4(13mg)，继续用氩气吹20min,快速升温，升温至110℃并回流搅拌反应24h，冷却至室温后，将反应液倒入200mL甲醇中沉析，过滤，在索氏提取器中依次用甲醇、正己烷、丙酮、氯仿抽提，回收氯仿溶液，旋干溶剂，过柱，收集样品，旋干溶剂，加入甲醇使之层析出来，高速离心后倒掉上层清夜，在真空干燥箱中干燥16h，得到紫黑色目标聚合物BDTT-fPP(145mg,收率72％).
实施例2
BDT-S-fPP的光伏性质
器件结构为ITO/PEDOT:PSS/BDT-S-fPP:PC71BM/PDINO/Al
本发明以上述聚合物作为工作介质,制备聚合物太阳电池的方法是:将BDT-S-fPP与适量的PC61BM或者PC71BM及其衍生物或其它的可以作为电子受体的物质混合，加入适量的溶剂溶解，通过常规的旋涂或其他方式在ITO导电玻璃上制备出一层半透明的薄膜，然后通过真空蒸镀的方式在聚合物上蒸镀金属电极，制备聚合物太阳能电池器件。5mg的BDT-S-fPP与5mg的PC71BM混合，加入0.5mL邻二氯苯溶解，通过旋涂方式在经PEDOT:PSS修饰过的导电玻璃上制备出一层约100nm厚的薄膜，作为活性层，然后通过真空蒸镀的方式用铝在活性层上制备金属电极。其器件性能表现为：短路电流＝13.85mA/cm2；开路电压＝0.80V；填充因子＝56.22％；
模拟太阳光(A.M.1.5，100mW/cm2)下的能量转换效率＝6.2％。
聚合物光谱性能
本发明的共轭聚合物材料光谱吸收利用紫外-可见吸收光谱仪来分析，从而判断其捕获光子能力。聚合物在三氯甲烷溶液及固体膜的紫外可见吸收光谱如图1所示。
图中红线表示聚合物氯仿溶液的吸收曲线，黑色曲线则表示固体薄膜的吸收曲线。从图上可以看到该聚合物的溶液吸收和薄膜吸收光谱上都有三个典型的吸收峰，在短波方向上的吸收峰对应于聚合物共轭主链π-π*的电子跃迁，长波方向上的吸收峰对应于D-A单元间的ICT作用。无论溶液吸收还是薄膜吸收，光谱吸收范围都比较宽，其中薄膜的最大吸收波长在650nm,薄膜吸收相对于溶液吸收没有发生明显的红移现象，说明聚合物在溶液状态下已经形成很好的堆积作用，但是从图中还是可以发现有很微小的红移现象，说明膜中还是会形成更好的有序排列结构。从固体膜吸收光谱的边带吸收(λonset)可以通过经验公式计算出聚合物的光学带隙(Eg opt＝1240/λonset)。可以看到fPP基的聚合物光学带隙较低，这可以由BDT侧链的给电子的烷硫噻吩基以及受体单元的侧链F原子作用等，形成了很好的分子间堆积以及有序排列。该类在可见光区有着宽吸收的窄带隙聚合物在聚合物太阳能电池的制备中有着广阔的应用前景。
聚合物电化学性能
我们使用了循环伏安法(CV)测试了聚合物的HOMO能级和LUMO能级。图2为BDT-S-fPP电化学曲线。具体方法为将BDT-S-fPP的三氯甲烷溶液涂在铂盘电极上(工作电极)，以Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为对电极，以二茂铁(Fe/Fe+)为内标，等晾干成膜后置于四丁基六氟磷酸铵(Bu4NPF6)0.1M乙腈溶液中测量。规定Fe/Fe+的真空能级为-4.8eV,在实际测试中Fe/Fe+相对于Ag/AgCl的能级为0.49V。根据公式：EHOMO(eV)＝-(Eox.vs.Fe/Fe ++4.8)；ELUMO(eV)＝-(Ered.vs.Fe/Fe ++4.8)；Eox.vs.Fe/Fe +＝Eox-0.49,Ered.vs.Fe/Fe +＝Ered-0.49；EHOMO和ELUMO分别代表聚合物的HOMO和LUMO能级，Eox和Ered分别代表聚合物的氧化起始电位和还原起始电位。从图3中得到BDT-S-fPP近似起始氧化电位为：0.94V，聚合物的HOMO能级为-5.25，LUMO能级可以通过光学带隙Eg opt与HOMO能级(ELUMO＝ELUMO+Eg opt)计算得到。聚合物受体单元上F原子对于降低HOMO能级有一定作用。
聚合物空穴迁移率
电荷迁移率是影响共轭聚合物性能的又一重要参数，因为它直接影响到电荷的传输。我们采用空间限制电荷电流法(SCLC)测定了最优性能下BDT-S-fPP给体材料与PC71BM共混膜的空穴迁移率。它的器件结构为ITO/PEDOT:PSS/polymer/Au，基于Poole-Frenkel定律，公式如下：
其中J表示电流密度，单位为A/m2；μ0为零场迁移率,ε0为真空下介电常数,εr为物质相对介电常数,d是器件的厚度,V＝Vappl-Vbi，其中Vappl为应用电压，Vbi为内建电场。根据公式和图3，可以计算出BDT-S-fPP在1.2％的1,8-二碘辛烷(DIO)作为添加剂下的空穴迁移率为2.01×10-4cm2v-1s-1。
聚合物光伏性能(太阳能电池性能)
从图4所示，在DIO作为添加剂存在下基于BDT-S-fPP与PC71BM共混的器件中，开路电压达到0.8V，短路电流为13.85mA/cm2,填充因子为56.22％，进而得到较高的能量转化效率为6.2％。通过优化器件和使用不同添加剂可以提高太阳电池转换效率和稳定性。表1为不同条件下器件性能。图5我们可以看出聚合物具有较宽的光谱响应和EQE效率，同时也印证了fPP衍生物材料BDT-S-fPP的较高效率。
表1.聚fPP衍生物材料BDT-S-fPP的光伏性能结果。
聚合物的溶解性能
聚合物在二氯甲烷，三氯甲烷，四氢呋喃，甲苯等常用溶剂中溶解良好。
本发明首次合成一系列氟代吡啶[3,4-b]吡嗪(fPP)材料，该类聚合物材料具有良好的可溶液加工性，我们将其用于聚合物太阳电池上，经过初步尝试证明具有较好的光电转换特性，这类材料具有优越的吸光特性，良好的电化学性能，这类氟代吡啶吡嗪类聚合物材料用于有机太阳电池中具有普适性且拥有巨大的发展前景。其中BDT-S-fPP电池转换效率PCE达到6.2％，在太阳电池的应用上有巨大的商业前景。
本发明参照特定的实施方案和实施例进行描述。然而,本发明不局限于仅仅所述的实施方案和实施例子。本领域普通技术人员应认识到，基于本申请，在不偏离权利要求书所限定的本发明的范围下可进行许多改变和替代。

Claims (8)

1.氟代吡啶[3,4-b]吡嗪化合物，其特征在于：具有式1结构：
其中，
R为C5～C10的烷基。
2.根据权利要求1所述的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪化合物，其特征在于：R为C8的烷基。
3.一种氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料，其特征在于：具有式2结构；
其中，
R为C5～C10的烷基；
R1为C5～C10的烷基、C5～C10的烷硫基或C5～C10的烷氧基；
n＝8～25。
4.根据权利要求3所述的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料，其特征在于：R为C8的烷基；R1为C8的烷基、C8的烷硫基或C8的烷氧基。
5.权利要求3或4所述的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料的应用，其特征在于：作为光伏材料应用于制备聚合物太阳能电池器件。
6.根据权利要求5所述的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料的应用，其特征在于：所述氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料与电子受体物质溶于溶剂后，涂覆在导电玻璃上制备薄膜，在所述薄膜上制备金属电极，得到聚合物太阳能电池器件。
7.根据权利要求6所述的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料的应用，其特征在于：所述电子受体物质为有机物电子受体。
8.根据权利要求6所述的氟代吡啶[3,4-b]吡嗪基共聚物材料的应用，其特征在于：所述溶剂为邻二氯苯、三氯甲烷、四氢呋喃中至少一种。
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