三键连接的水醇溶共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用制造技术

本发明专利技术涉及三键连接的水醇溶共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用。所述的三键连接的水醇溶共轭聚合物主要含有A、B、C和D四个部分，A，B为通过三键连接的共轭单元。C，D为连接于A和B单元的侧链基团，C和D中至少有一个为水醇溶侧链基团。所述三键连接的共轭聚电解质可用醇等强极性溶剂加工，适于制作多层光电器件。所述三键连接的水醇溶共轭聚合物的主链具有较好的刚性以及平面性，有利于提高聚合物薄膜的迁移率。所述三键连接的水醇溶共轭聚合物能够作为阴极界面修饰材料应用在光伏器件中，可改善器件性能。

Three connected water alcohol soluble conjugated polymers and their applications in organic optoelectronic devices.

The present invention relates to a three connecting water alcohol soluble conjugated polymers and their applications in organic optoelectronic devices. The triple bond connecting water alcohol soluble conjugated polymers containing A, B, C and D four parts, A, B conjugate unit connected through three. C and D are side chain groups attached to A and B units, and at least one of C and D is water soluble alcohol side chain groups. The conjugated triple bond connecting polyelectrolyte available alcohol and strong polar solvent processing, suitable for making multilayer optoelectronic devices. The triple bond connecting water alcohol soluble conjugated polymer backbone has good rigidity and flatness, improve the rate of migration of polymer films. The triple bond connecting water alcohol soluble conjugated polymers can be used as cathode materials of interfacial modification applications in photovoltaic devices, can improve the performance of the device.

【技术实现步骤摘要】
三键连接的水醇溶共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用
本专利技术涉及高分子光电材料领域，具体涉及一类三键连接的水醇溶共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用。
技术介绍
由于全球对于能源需求的逐年增加，石油、煤炭等传统能源的日益枯竭，以及对保护地球生态环境的需要，全世界越来越多的科学家将研究集中在开发和利用氢气、太阳能等取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。基于有机/聚合物材料的有机/聚合物太阳电池作为一种新型薄膜光伏电池技术，具有全固态、可实现半透明、可制成柔性器件等优点。此外，有机/聚合物太阳电池可采用低成本的卷对卷的加工方法进行加工制备大面积器件。有机/聚合物太阳电池的使用几乎不受环境和场地限制，与无机半导体太阳电池有非常强的互补性，具有巨大的商业开发价值和市场竞争力。有机材料的光伏性能可调范围宽，可利用化学手段对材料的，电子能级、载流子迁移率以及溶液加工等性能进行有效的调控。因此有机/聚合物太阳电池的研究引起了广泛关注，以有机/聚合物太阳电池为核心的科学研究已经成为一个世界范围内竞争激烈的材料科学前沿研究领域。电子传输材料于改善有机/聚合物太阳电池的性能非常重要。优良的电子传输材料可以提高有机/聚合物太阳电池电荷的收集能力，提高电池器件的填充因子，从而提高电池器件的能量转换效率。具备高迁移率特性的电子传输材料还具备良好的溶液加工特性，有效地降低器件性能对于电子传输层厚度的依赖性。本专利技术发展了一类三键连接的水醇溶共轭聚合物作为有机/聚合物太阳电池的电子传输材料，提高有机/聚合物太阳电池器件的电荷收集能力，提高电池器件的填充因子及能量转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一类三键连接的水醇溶共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用三键连接的水醇溶共轭聚合物的主链具有较好的刚性以及平面性，有利于提高聚合物薄膜的迁移率，能够，提高有机/聚合物太阳电池器件的电荷收集能力，提高电池器件的填充因子及能量转换效率。本专利技术技术方案如下：三键连接的水醇溶共轭聚合物，其特征在于，具有如下结构：其中，1<n<1000000；所述A，B为组成共轭聚合物的共轭单元，所述共轭单元为噻吩、呋喃、苯、芴、咔唑、硅芴、苯并二噻吩、苯并二硒吩、苯并二呋喃、吩噻嗪、吩噁嗪、联噻吩、并噻吩、噻吩并环戊二烯、噻吩并吡咯、噻吩并噻咯、吲哚芴、吲哚咔唑、吡咯、萘酰亚胺、苝酰亚胺或它们的衍生物中的一种以上；所述C，D为连接于A和B单元的侧链基团，且C和D中至少有一个为水醇溶侧链基团；所述C,D分别与A,B通过烷基链相连。进一步地，其中共轭单元A，B具有如下结构的一种以上：进一步地，所述水醇溶侧链基团具有如下结构中的一种：进一步地，所述烷基链为具有1～20个碳原子的直链、支链或者环状烷基链。进一步地，所述具有1～20个碳原子的直链、支链或者环状烷基链中一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代。进一步地，所述具有1～20个碳原子的直链、支链或者环状烷基链中氢原子被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子取代。三键连接的水醇溶共轭聚合物作为阴极界面修饰材料应用于有机光伏器件中。三键连接的水醇溶共轭聚合物通过以下方法合成得到，首先通过共轭单元A与共轭单元B通过Sonogashira聚合反应得到三键连接的水醇溶中性共轭聚合物，然后通过季铵化反应或季膦化反应得到含有季铵盐或季膦盐基团的三键连接的水醇溶共轭聚合物。含有不同对离子的三键连接的水醇溶共轭聚合物也可以通过离子交换的方式得到。本专利技术中使用的有机/聚合物太阳电池如图1所示，由衬底1、阳极2、阳极界面层3、光吸收层4、阴极界面层5、阴极6依次层叠构成。阴极界面层由本专利技术合成的三键连接的水醇溶共轭聚合物组成。本专利技术太阳电池中，阳极材料优选为铝、银、金、钙/铝合金或钙/银合金。本专利技术所述阳极界面层优选为有机共轭聚合物(如聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)或无机半导体。本专利技术所述阴极优选为金属、金属氧化物(如氧化铟锡导电膜(ITO)，掺杂二氧化锡(FTO)，氧化锌(ZnO)，铟镓锌氧化物(IGZO))和石墨烯及其衍生物中的至少一种。本专利技术所述衬底优选为玻璃、柔性材料(如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯对苯二甲酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或其他聚酯材料)、金属、合金和不锈钢薄膜中的至少一种。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术所合成的三键连接的水醇溶共轭聚合物，其主链具有较好的刚性以及平面性，有利于提高聚合物薄膜的迁移率，有利于电荷传输。(2)本专利技术所合成的三键连接的水醇溶共轭聚合物的迁移率较高，可以在聚合物太阳电池加工成较厚的薄膜，有利与聚合物太阳电池器件的大面积加工。(3)本专利技术所合成的聚合物能溶于极性溶剂(如甲醇、乙醇)，而光吸收层材料一般不溶于此类溶剂，因而在构筑多层器件时光吸收层与电子注入层之间不会发生互混现象。(4)专利技术所合成的三键连接的水醇溶共轭聚合物具有优异的电荷提取性能，应用到聚合物太阳电池中，可以提高电池器件的填充因子及能量转换效率。附图说明图1为有机/聚合物太阳电池结构示意图；图2为代表性三键连接的水醇溶NDI类共轭聚合物的紫外-可见光吸收谱图；图3为代表性三键连接的水醇溶PDI类共轭聚合物的紫外-可见光吸收谱图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步的说明，其目的在于帮助更好的理解本专利技术的内容，具体包括合成、表征与器件制备，但这些具体实施方案不以任何方式限制本专利技术的保护范围。实施例1代表性含三键连接的水醇溶共轭聚合物的合成路线如下：(1)单体M1按照文献[Chem.Mater.2011,23,4563.]公开的方法合成。(2)单体M2按照文献[J.Am.Chem.Soc.2009,129,7246]公开的方法合成。(3)单体M0的合成：1,4-二溴-2,5-双((6-溴己基)氧基)苯(A1)的合成：将2,5-二溴苯-1,4-二醇(5.35g，20mmol)和二溴己烷(19.5g，80mmol)置于150mL圆底烧瓶中，然后加入80mL丙酮。通N2流动15分钟后，分次加入K2CO3(11.1g，80mmol)。将反应液回流24小时，然后将混合物减压浓缩。加入水和二氯甲烷。然后分离有机相并在减压下浓缩。使用色谱柱分离得到纯A1，为白色固体(7.7g，65％)。1HNMR(500MHz,CDCl3,δ):7.08(s,2H),3.96(t,J＝6.3Hz,4H),3.43(t,J＝6.8Hz,4H),2.02-1.72(m,8H),1.63-1.45(m,8H).((2,5-双((6-溴己基)氧基)-1,4-亚苯基)双(乙炔-2,1二基))双(三甲基硅烷)(A2)的合成：将A1(2.37g，4mmol)和将三甲基甲硅烷基乙炔(1g，10mmol)加入50mL圆底烧瓶中。加入20mL甲苯和8mL二异丙胺，然后将反应液冷却至0℃，通氮气20分钟。加入80mgCuI和462mgPd(PPh3)4，将反应液加热至70℃并搅拌12小时。然后将粗产物在减压下浓缩并使用色谱柱纯化。得到的纯A2为白色固体(2.25g，89.6％)。1HNMR(500MHz,CDCl3,δ):6.89(s,2H),3.95(t,J＝6.2Hz,4H)本文档来自技高网...

【技术保护点】
三键连接的水醇溶共轭聚合物，其特征在于，具有如下结构：

【技术特征摘要】
1.三键连接的水醇溶共轭聚合物，其特征在于，具有如下结构：其中，1<n<1000000；所述A，B为组成共轭聚合物的共轭单元，所述共轭单元为噻吩、呋喃、苯、芴、咔唑、硅芴、苯并二噻吩、苯并二硒吩、苯并二呋喃、吩噻嗪、吩噁嗪、联噻吩、并噻吩、噻吩并环戊二烯、噻吩并吡咯、噻吩并噻咯、吲哚芴、吲哚咔唑、吡咯、萘酰亚胺、苝酰亚胺或它们的衍生物中的一种以上；所述C，D为连接于A和B单元的侧链基团，且C和D中至少有一个为水醇溶侧链基团；所述C,D分别与A,B通过烷基链相连。2.根据权利要求1所述三键连接的水醇溶共轭聚合物，其特征在于，其中共轭单元A，B具有如下结构的一种以上：3.根据权利要求1所述三键连接的水醇溶共轭聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄飞，胡志诚，曹镛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44