本发明专利技术涉及含硅芴共聚物的制备及其应用，所述共聚物由单体２，７－硅芴和窄带隙单体共聚物组成，共聚物的吸收光谱吸收边大于５００纳米。其制备方法是将２，７－硅芴单体与含氮和／或硫杂原子的窄带隙单体进行共聚，将其吸收带边推向红光及近红外区。本发明专利技术提供的含硅芴聚合物可用于制备聚合物太阳能电池，场效应管等领域。其迁移率高，长期稳定性好，能量转化效率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及共轭聚合物，更具体的涉及含硅芴共轭聚合物。 本专利技术还涉及含硅药共轭聚合物的制备方法。本专利技术还涉及该含硅芴共轭聚合物在制备太阳能电池中的应用。技术背景随着全球能源需求的逐年增加，石油等一次性能源逐渐枯竭，人们把眼光投向了太阳 能、氢能等可再生能源，太阳能是未来最有希望的能源之一。但作为工业性能源来说，太 阳能有能量密度低的缺点，为了充分利用这一廉价、环保、可再生的新能源，生产价廉、 高效，能大面积制备的太阳能光电池一直是人们所追求的目标。目前硅基及其他无机金属 间化合物太阳能光电池是这一研究领域的主流。近年来虽然其价格有大幅下降，但成本问 题仍然是其大幅取代传统能源的主要障碍。聚合物光电池因为原料价格低廉、生产工艺简 单、可以用涂布、印刷等方式大面积制备等优点，如果能在性能上取得进一步的突破，将 其能量转换效率提高到接近商品无机材料太阳能光电池的水平，将有可能在生产实践中得 到广泛的应用。其市场前景将十分巨大。美国，闩本，欧盟等给予了大量的投入，欧盟还联 合起来组成了太阳能电池研究所进行研究和丌发。自1992年，N. S. Sariciftci等在 SCIENCE[N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, et al. Sdece, 1992, 258, 1474]上报道发现共轭聚合物与Q()之间的光诱导电子转移现象后，人们在共轭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。在给体-受体相界面发生超快光诱导电荷转移反应，从 而产生亚稳态的电荷分离。利用两种组分.(给体/受体)在所谓的大异质结上形成的纳 米尺度范围的互穿网络构建一个更大的界面区，确保了在整个池内产生均匀高效的电荷。此后，聚合物太阳能电池的研究主要集中于这种给体、受体共混体系。目前，聚(3-己基噻 吩)(P3HT)和富勒烯(C60 )的衍生物[6,6](PCBM)共混体系的能量转化效率已经达到5%[W. Ma， C. Yang, X. Gong, K. Lee, A. J. Heeger, vWv. Afo^v 2005, /5,1617]。但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制性能提高的主要制约因素有有机半导体器件相对低 的电荷迁移率，器件的光谱响应与陆地上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， 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。对目前广泛使用的电子受体相 材料-Qo衍生物PCBM进行化学修饰的作用似乎不大，因此我们着眼于电子给体相材料-- 共轭聚合物的选用上。目前报道的比较优异的给体材料包括聚噻吩类，聚苯撑乙烯撑(PPV) 类和芴与窄带隙单体共聚类等。虽然目前报道的给体材料中以聚噻吩类(P3HT)能量转化效 率最高，但P3HT仍然存在着迁移率不够高，光谱响应范围不够宽，不能很好与太阳发射 光谱相匹配等缺点。聚芴及其衍生物是一类优异的电致发光材料，具有较高的热和化学稳定性，以及较好的成膜性。通常情况下，聚芴具有较大的带隙，为蓝光材料。若在聚芴主链中引入低带隙 的单体则可以在整个可见光范围内调节聚芴共聚物的发光颜色，如通过在聚合物主链中引入杂环、多芳环或芳杂环分子来增大聚合物骨架电子云的密度，或采用交替的电子给体-受 体体系等，这样合成的窄带隙芴基共聚物的吸收光谱可以在很大范围内进行调节，这就使 得这类材料可以具有更宽的光谱相应范围，以更好的匹配太阳发射光谱。Zhang等[F.Zhang， E. Perzon， etc.爿A 2005, 15, 745]报道了一种2,3-二苯基-5，7-二(2-噻吩基)噻[3,4-b]并噻二嗪与9，9-二辛基芴的交替共聚物，用该种聚合物为电子给体材料，PCBM为电 子受体材料的聚合物太阳能电池，对光的响应达到850nm。在这些窄带隙的芴基共轭聚物 中，莉与4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑的交替共聚物(PFO-DBT)不但有较高的发光效率，而 且用PFO-DBT为电子给体材料，PCBM为电子受体材料的聚合物太阳能电池的能量转化效 率达到了 2.2%[M. Svensson, et al. Mato, 2003， 15, 988]，说明该聚合物是一种很有价值 的电子给体材料。目前此类材料的研究都是基于聚芴，然后再引入各种窄带隙单体来调节 吸收光谱。而聚芴本身却有着迁移率不够高，热光氧化稳定性不够好等缺点，这就严重限 制了这类材料的发展。芴的不稳定性主要是由于9-C易被氧化成芴酮造成的[E. J. W. List, R. Guentner， R S. de Freitas， U. Scherf，爿c v. Mflfcr.， 2002,14， 374]。如果用电负性较小的硅原子代替9-C变成硅荷， 就可以降低9-的电子云密度，从而减少氧化的可能性，提高稳定性。在2005年，聚(2,7-硅 苑)和聚(3，6-硅药)分别被Holmes[(l) K. L. Chan, M.丄McKiernan， C. R. Towns, A. B. Holmes, / J肌2005,127, 7662; (2) WO2005047363]和曹镛[Y. Q. Mo， R. Y. Tian， W. Shi， Y. Cao， C/ e肌Comm肌，2005， 4925]等人报道。Chen等人还合成了 2,7-硅荷与莉的一系列共聚 物[(l) Chen, R. F.; Fan, Q. L.; Liu, S. J.; Zhu， R.; Pu, K. Y.; Huang, W. Synth Met 2006， 156， 1161; (2) CN 200510023143.5]。聚硅苟用于电致发光领域表现出了较高的发光效率和抗光热 氧化稳定性。但以上这些文献报道的硅芴及其衍生物吸收峰均小于400nm，属紫外或蓝光 区域。而太阳光的发射光谱能量主要集中在可见及近红外区域(发射波长大于400nm,约占 总能量的93%)。所以，已报道的这些聚合物不适用于聚合物太阳能电池领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含硅芴共轭聚合物，是2,7-硅芴与窄带隙单体系列的共聚 物，将其吸收带边推向红光及近红外区，以更好的匹配太阳光的发射光谱。该聚合物具有迁移率高，稳定性好，光谱响应范围宽，能量转化效率高等优点。 本专利技术的目的还在于提供所述含硅芴共轭聚合物的制备方法。本专利技术的目的还在于将所述含硅芴共轭聚合物应用于制备聚合物太阳能电池，其能量 转化效率比相应的聚莉类共聚物有很大提高，达5%。本专利技术所述的含硅芴共轭聚合物具有以下结构 f^3 尸4氧苯基或苯基；R3、 R4为相同或不同的H， C,一C20的烷基、烷氧基、烷氧苯基、苯基。Ar是指含有硫和/或氮杂原子的杂环化合物，例如苯并噻二唑，萘并噻二唑，噻吩，连 噻吩中的一种或一种以上。所述含硅芴共轭聚合物的吸收带边大于500纳米。曲线部分表示硅芴单元与Ar的连接方式为单键，双键，三键或非共轭单元。 X:Y=25—65: 35_75摩尔；n = 1, 2, 3，……本专利技术对n的具体数值没有特别限制。为了帮助理解Ar本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含硅芴共轭聚合物，其特征在于具有以下结构：＊＊＊，其中Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］为相同或不同的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］的烷基、烷氧基、烷氧苯基或苯基；Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］为相同或不同的Ｈ，Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］的烷基、烷氧基、烷氧苯基、苯基；Ａｒ是指含有硫和／或氮杂原子的杂环化合物；曲线部分表示硅芴单元与Ａｒ的连接方式为单键，双键，三键或非共轭单元。Ｘ∶Ｙ＝２５－６５∶３５－７５摩尔；ｎ＝１，２，３，……。
【技术特征摘要】
1、一种含硅芴共轭聚合物，其特征在于具有以下结构；其中R1、R2为相同或不同的C1-C20的烷基、烷氧基、烷氧苯基或苯基；R3、R4为相同或不同的H，C1-C20的烷基、烷氧基、烷氧苯基、苯基；Ar是指含有硫和/或氮杂原子的杂环化合物；曲线部分表示硅芴单元与Ar的连接方式为单键，双键，三键或非共轭单元。X∶Y＝25-65∶35-75摩尔；n＝1，2，3，……2、 根据权利要求1所述的含硅芴共轭聚合物，其特征在于含有硫和/或氮杂原子的杂环 化合物是苯并噻二唑、萘并噻二哗、噻吩、连噻吩中的一种或一种以上。3、 根据权利要求1所述的含硅芴共轭聚合物，其特征在于含有硫和/或氮杂原子的杂环 化合物具有以下一种或一种以上结构式-<formula>formula see original document page 2</formula>其中R,、 R2、 R3、 R4、 R5、...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹镛，王二刚，王藜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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