含萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑的共轭聚合物材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种含萘[1,2‑c；5,6‑c]二[1,2,5]噻二唑的共轭聚合物材料及其应用，所述材料的结构如式Ⅰ，其中，D为富电子性共轭单元；G为含有乙烯基的交联基团或含有环状烷氧基的交联基团；R1为氢或具有1‑30个碳原子的烷基，R2为具有1‑30个碳原子的烷基；x、y分别为所述聚合物材料主链中不同片段的相对含量；n为所述有机半导体材料的聚合度，n为1到10000的自然数。本发明专利技术公开的共轭聚合物具有可交联的功能，可以在正常的加工成膜后，在光照或加热条件下，生成不溶不熔的互穿网络聚合物，对活性层形貌进行锁定，解决有机太阳电池效率快速滚降的问题，同时获得了较高的能量转换效率。

[1,2 C containing naphthalene; conjugated polymer materials 5,6 c] two [1,2,5] Thiadiazolen two triazole and its application

【技术实现步骤摘要】
含萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑的共轭聚合物材料及其应用
本专利技术涉及一种应用于有机太阳电池领域的可交联共轭聚合物材料，具体涉及到一种含萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑的可交联共轭聚合物材料及其应用。
技术介绍
能源短缺、环境污染是我国经济可持续发展面临的重大问题，同时也是世界各国重视关注的问题。发展新型绿色能源技术是解决上述问题的重要途径之一，而太阳能由于其具有的绿色可再生、储量大、分布广和易获取等优势成为广泛关注的焦点。因此发展太阳能发电技术，对于降低污染和减少二氧化碳排放，实现低碳经济的发展具有重要意义。其中，利用有机半导体材料制备的有机太阳电池，可以通过溶液加工方式制备出质量轻、成本低、可柔性弯曲的器件，还可通过卷对卷(Roll-to-Roll)方式高速制备大面积器件，很好的克服了无机太阳电池器件面临的部分问题。此外，有机太阳电池作为一种新型薄膜光伏电池技术，具有全固态、光伏材料性质可调范围宽、可实现半透明、可制成柔性电池器件以及大面积低成本制备等突出优点，极具潜力应用在建筑物外窗、汽车挡风玻璃、可折叠窗帘等场所。在众多光电材料中，萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑是一类最近几年报道的性能优异的新型缺电子单元。萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑分子的化学结构是由两个苯并噻二唑(BT)分子以“肩并肩”的形式组合到一起的，分子式如下所示：萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑单元由于分子中噻二唑环本身具有较强的缺电子性，因此具有较强的吸电子能力，进而拓宽聚合物光谱的吸收范围，提高电流值。另一方面，萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑分子较大的共轭平面呈现出强烈的自身聚集倾向，因此能有效的诱导分子链呈现出有序的堆积，增强聚合物的迁移率。这两方面的共同作用使得基于萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑的聚合物具有优异的光电性质。然而，基于萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑单元的高性能共轭聚合物，在制备有机太阳电池器件时需要较高的温度(约100℃)，需要通过热甩进行加工，且其活性层形貌往往很容易发生聚集，从而导致有机太阳电池器件迅速滚降，这对有机太阳电池的实际应用非常不利。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种提供含交联基团的共轭聚合物材料，这种材料作为活性层材料不仅能够获得高效的有机太阳电池器件，而且还能通过光照或者加热的条件下生成不溶不熔的网状聚合物膜，将活性层形貌固定，获得形貌稳定，器件性能稳定的有机太阳电池器件。本专利技术的目的还在于提供所述的含萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑单元的聚合物半导体材料在有机光电转换器件中的应用。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种含萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑单元的聚合物半导体材料，所述有机半导体材料的结构式为：其中，D为所述有机半导体材料中采用的不同的富电子性共轭单元；G为含有乙烯基的交联基团或含有环状烷氧基的交联基团；R1为氢或具有1-30个碳原子的烷基，或者是所述具有1-30个碳原子的烷基中一个或多个碳原子被卤素原子、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；R2为具有1-30个碳原子的烷基，或者是所述具有1-30个碳原子的烷基中一个或多个碳原子被卤素原子、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；x、y分别为所述聚合物材料主链中不同片段的的相对含量，其中，0<x<1，0<y<1，且x+y＝1；n为所述有机半导体材料的聚合度，n为1到10000的自然数。所述的共轭聚合物中D为噻吩、并噻吩、二联噻吩、三联噻吩、氟代噻吩、氟代联噻吩、并三噻吩、苯并二噻吩、噻唑或苯环。所述D单元优选为以下结构中的一种：上述结构式中的R为氢或具有1-30个碳原子的烷基，或者是所述具有1-30个碳原子的烷基中一个或多个碳原子被卤素原子、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。所述共轭聚合物材料中含有乙烯基的交联基团具有以下结构的一种以上：所述共轭聚合物材料中含有环状烷氧基的交联基团，其环状烷氧基为三元环或四元环烷氧基，优选具有以下结构的一种以上:上述含可交联基团取代的共轭聚合物可作为吸光活性层材料，应用在有机太阳电池器件中。在光照或加热条件下，将所述含可交联基团的共轭聚合物材料加工后，生成不溶不熔的互穿网络聚合物，作为吸光活性层应用在有机太阳电池器件中。该聚合物制备的活性层不仅能够保持较高的能量转换效率，而且能够锁定活性层形貌，消除聚合物运动对形貌对改变，解决有机太阳电池效率快速滚降的问题。与现有技术相比，本专利技术的主要优点在于：含萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑单元的共轭聚合物材料在有机太阳电池中表现出优异的器件性能。所述共轭聚合物材料具有共轭的主链及功能化的侧链基团，其中功能化的侧链基团为可交联度取代基团G，由于功能化取代基的存在，所述共轭聚合物材料可以在正常的加工成膜后，在光照或加热条件下，生成不溶不熔的互穿网络聚合物，对活性层形貌进行锁定，能够使有机太阳电池器件获得高效率的同时具有更长的器件寿命，适于制作高效稳定的有机太阳电池器件，解决有机太阳电池效率快速滚降的问题，同时获得了较高的能量转换效率。附图说明图1为实施例4所制备的经交联处理的P1膜、未经交联以处理的P1膜经氯苯溶液洗脱处理后的吸光度曲线图。图2为经交联处理的、未经交联以处理的有机太阳电池器件的短路电流-电压关系曲线图。具体实施方式以下结合具体实施例来对含萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑单元的聚合物半导体的制备与应用作进一步的说明。但本专利技术所要求的保护范围并不局限于实施例所涉及的范围。实施例1、3,7-双(4-烷基噻吩-2-基)-萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑的制备，反应式如下:以制备3,7-双(4-(2-辛基十二烷基)噻吩-2-基)-萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑为例予以说明。在50毫升的两口烧瓶中加入3,7-二溴-萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑(5g，10mmol)，三丁基-(4-(2-辛基十二烷基)噻吩-2-基)烷锡(26.2g，40mmol)，通氮气十五分钟，然后加Pd(PPh3)4(100mg，2％)，在氮气保护下加入无水DMF30mL，加热到120℃反应12小时。常规CH2Cl2萃取处理后，硅胶过柱分离提纯，展开剂使用二氯甲烷:正己烷(1:8，体积比)，最后将产物用乙醇重结晶提纯得到橙红色固体(3.5g,产率42％)。实施例2、3,7-双(5-溴-4-烷基噻吩-2-基)-萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑的制备，反应式如下:以制备3,7-双(5-溴-4-辛基十二烷基噻吩-2-基)-萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑为例予以说明。在50mL的单口瓶中加入3,7-二(4-(2-辛基十二烷基)噻吩-2-基)-萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑(1.94g，2m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含萘[1,2‑c；5,6‑c]二[1,2,5]噻二唑的共轭聚合物材料，其特征在于，所述材料的结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种含萘[1,2-c；5,6-c]二[1,2,5]噻二唑的共轭聚合物材料，其特征在于，所述材料的结构式为：其中，D为富电子性共轭单元；G为含有乙烯基的交联基团或含有环状烷氧基的交联基团；R1为氢或具有1-30个碳原子的烷基，或者是所述具有1-30个碳原子的烷基中一个或多个碳原子被卤素原子、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；R2为具有1-30个碳原子的烷基，或者是所述具有1-30个碳原子的烷基中一个或多个碳原子被卤素原子、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；x、y分别为所述聚合物材料主链中不同片段的相对含量，其中，0<x<1，0<y<1，且x+y＝1；n为所述有机半导体材料的聚合度，n为1到10000的自然数。2.根据权利要求1所述的共轭聚合物材料，其特征在于，所述D为噻吩、并噻吩、二联噻吩、三联噻吩、氟代噻吩、氟代...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄飞，谢锐浩，应磊，曹镛，
申请(专利权)人：华南协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44