一种基于萘稠环的缺电子单体及其聚合物和应用制造技术

本发明专利技术属于光伏材料技术领域，提供了一种基于萘稠环的缺电子单体及其聚合物和应用，本发明专利技术提供的基于萘稠环的缺电子单体，具有刚性、平面的骨架结构，共轭增强，可以作为聚合单体，进一步用于制备给体聚合物；本发明专利技术所提供的聚合物，具有共轭五元环结构，能够作为给体材料，应用于制备有机光伏器件中；本发明专利技术利用基于萘稠环的聚合物制备的太阳能电池，稳定性好，光电转换效率高，可达17.14％。可达17.14％。可达17.14％。

【技术实现步骤摘要】
一种基于萘稠环的缺电子单体及其聚合物和应用


[0001]本专利技术涉及光伏材料
，更具体地，涉及一种基于萘稠环的缺电子单体及其聚合物和应用。

技术介绍

[0002]通过给电子单体(D)和吸电子单体(A)交叉偶联反应合成的D
‑
A共聚物作为给体材料在有机光伏器件中广泛应用，相较于非富勒烯受体材料，给体聚合物的发展相对滞后，大部分给体材料最初是为了与富勒烯受体材料相匹配而设计，目前高性能给体聚合物种类较少，而且所制得的有机光伏器件还存在稳定性差、光电转换效率低等突出问题。因此设计合成一种聚合物给体材料以制得稳定性好、光电转换效率高的有机光伏器件，对有机太阳能电池的发展非常重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于萘稠环的缺电子单体及其聚合物和应用，利用基于萘稠环的缺电子单体制得聚合物，所制得的聚合物能够作为给体材料应用于制备稳定性好、光电转换效率高的有机光伏器件，光电转换效率可达17.14％。
[0004]本专利技术的第一方面提供一种基于萘稠环的缺电子单体。
[0005]具体地，一种缺电子单体，其特征在于，具有如下式(Ⅰ)所示的分子结构：
[0006][0007]其中，X1、X2分别独立表示H、F、Cl或Br中的一种；L1为
[0008][0009]中的一种；L2为
[0010][0011]中的一种；R4为C1
‑
C24的任意烷基链；R5、R6分别独立表示C1
‑
C24的任意烷基链、烷氧链、烷硫链或烷硅链中的一种；X3为S、N、Se中的一种；X4为F、Cl、Br中的一种；X5、Z分别独立表示F、Cl、Br中的一种；＊表示化学键连接的位点。
[0012]本专利技术提供的缺电子单体由于其具有刚性、平面的骨架结构，能够避免相邻芳基之间的键旋转，从而增强共轭，促进电子离域，并通过降低重组能增强电荷输运，可以进一步用于制备聚合物，所制得的聚合物可以作为给体材料，应用于制备稳定性好、光电转换效率高的有机光伏器件。
[0013]优选地，所述L1为
[0014]中的一种；所述L2为中的一种。
[0015]优选地，具有如下分子结构中的一种：
[0016][0017]本专利技术的第二方面提供一种基于萘稠环的缺电子单体的制备方法。
[0018]本专利技术保护上述基于萘稠环的缺电子单体的制备方法，包括如下步骤：
[0019]利用含萘稠环的化合物和噻吩或噻吩衍生物，通过偶联反应制得所述缺电子单体。
[0020]优选地，所述偶联反应为铃木反应(Suzuki反应)或有机锡反应(Stille反应)。
[0021]优选地，所述偶联反应后，还包括进行取代反应、缩合反应、希夫碱形成反应(Schiff反应)、克脑文格尔反应(Knoevenagel反应)中的一种或几种。通过以上反应进一步接枝其他基团，以制得种类更加丰富的缺电子单体。
[0022]优选地，所述铃木反应或有机锡反应的催化剂为Pd配合物。
[0023]优选地，所述Pd配合物为Pd(dba)3。
[0024]本专利技术的第三方面提供一种基于萘稠环的聚合物。
[0025]本专利技术保护一种基于萘稠环的聚合物，制备所述聚合物的原料组分包括上述的缺电子单体。
[0026]优选地，具有如下式(Ⅱ)所示的分子结构：
[0027][0028]其中，X1、X2分别独立表示H、F、Cl或Br中的一种；n为正整数；L1为
[0029][0030]中的一种；L2为
[0031][0032]中的一种；A1、M1分别独立选自无、
[0033][0034]中的一种；A1和M1不同时为无；R4为C1
‑
C24的任意烷基链；R5、R6、R7、R8、R9分别独立表示C1
‑
C24的任意烷基链、烷氧链、烷硫链或烷硅链中的一种；X3为S、N、Se中的一种；X4为F、Cl、Br中的一种；X5、Z分别独立表示F、Cl、Br中的一种；X为S、Se、O、N中的一种；＊表示化学键连接的位点。
[0035]优选地，具有如下分子结构中的一种：
[0036][0037]本专利技术的第四方面提供一种基于萘稠环的聚合物的制备方法。
[0038]本专利技术保护上述基于萘稠环的聚合物的制备方法，包括如下步骤：
[0039]在惰性氛围中，将所述缺电子单体通过有机锡反应(Stille反应)制得所述聚合物。
[0040]优选地，所述有机锡反应的温度为110
‑
130℃，反应时间为1
‑
3h。
[0041]本专利技术的第五方面提供一种基于萘稠环的缺电子聚合物的应用。
[0042]本专利技术保护上述基于萘稠环的聚合物在光伏领域中的应用。
[0043]本专利技术的第六方面提供一种太阳能电池。
[0044]本专利技术保护一种太阳能电池，制备所述太阳能电池的原料组分包括上述的聚合物。
[0045]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0046](1)本专利技术提供的基于萘稠环的缺电子单体，具有刚性、平面的骨架结构，共轭增强，可以作为聚合单体，进一步用于制备给体聚合物；(2)本专利技术基于萘稠环的缺电子单体的制备方法，步骤少，利用含有萘稠环的化合物和噻吩或其衍生物通过偶联反应即可一步合成具有共轭五元环的稠环化合物，然后可以再通过取代反应、缩合反应、希夫碱形成反应、克脑文格尔反应等接枝不同的取代基团，以获得种类更加丰富的缺电子单体；(3)本专利技术提供的基于萘稠环的聚合物，具有共轭五元环结构，能够作为给体材料，应用于制备有机光伏器件中，所制得的太阳能电池具有稳定性好和光电转换效率高的优点，光电转换效率可达17.14％。
附图说明
[0047]图1为化合物2的CDCl3溶液1H NMR图；
[0048]图2为化合物3的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0049]图3为化合物5的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0050]图4为化合物6的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0051]图5为化合物8b的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0052]图6为化合物8c的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0053]图7为化合物10的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0054]图8为化合物14的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0055]图9为化合物15的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0056]图10为化合物17的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0057]图11为化合物18的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0058]图12为化合物20的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0059]图13为化合物21的CDCl3溶液的1H NMR图；
[0060]图14为基于PATP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缺电子单体，其特征在于，具有如下式(Ⅰ)所示的分子结构：其中，X1、X2分别独立表示H、F、Cl或Br中的一种；L1为中的一种；L2为中的一种；R4为C1
‑
C24的任意烷基链；R5、R6分别独立表示C1
‑
C24的任意烷基链、烷氧链、烷硫链或烷硅链中的一种；X3为S、N、Se中的一种；X4为F、Cl、Br中的一种；X5、Z分别独立表示F、Cl、Br中的一种；＊表示化学键连接的位点。2.根据权利要求1所述的缺电子单体，其特征在于，所述L1为中的一种；所述L2为中的一种。3.根据权利要求1所述的缺电子单体，其特征在于，具有如下分子结构中的一种：
4.权利要求1
‑
3任一项所述的缺电子单体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：利用含萘稠环的化合物和噻吩或噻吩衍生物，通过偶联反应制得所述缺电子单体。5.一种聚合物，其特征在于，制备所述聚合物的原料组分包括权利要求1
‑
3任一项所述的缺电子单体。6.根据权利要求5所述的聚合物，其特征在于，具有如下式(Ⅱ)所示的分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：武庆贺，江嘉全，韩朋伟，林曼，苏铭斌，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：