一种近红外双缆聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了如下式(I)所示的近红外双缆聚合物及其制备方法和应用。本发明专利技术的近红外双缆聚合物为基于苯并二噻吩(作为聚合物主链)的A

【技术实现步骤摘要】
一种近红外双缆聚合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及有机半导体材料
，具体涉及一种近红外双缆聚合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]有机太阳能电池因其质轻、柔性、低成本以及可溶液加工性，成为近些年的研究热点。其中，基于给/受体本体异质结的有机太阳能电池单层器件已经超过19％，叠层器件已经突破20％，尤其是A
‑
D
‑
A型稠环电子受体的广泛使用，极大的推动了有机太阳能电池的发展。
[0003]单组分太阳能电池作为有机太阳能电池的重要组成部分，其优点在于给/受体通过化学键链接，有效避免了给/受体自聚集造成的器件性能降低，提高了器件的稳定性，同时简化了器件制备工艺，大幅提高器件的制备效率和可重复性。然而，目前设计较为成功的双缆共轭聚合物，其受体单元大部分为C60或者酰亚胺类小分子，此类小分子吸收分布在可见光区，不能有效利用近红外以及红外区的太阳光，目前效率远低于给/受体本体异质结太阳能电池。因此，开发具有近红外吸收的新型双缆共轭聚合物以应用于单组分有机太阳能电池、提高其光电转换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双缆聚合物，其特征在于，所述双缆聚合物具有以下式(I)所示结构：所述式(I)中，A1为所述式(I)或A1中，R1是C1～C
50
亚烷基；R2、R3、R4、R5各自独立地为C1～C
50
的直链或叉链烷基；X1、X2、X3、X4、X5、X8各自独立地为S、O、Se或CH＝CH；X6是H、F、Cl、OR6或SR6；其中，R6选自由以下组成的组：C1～C
50
的直链或叉链烷基；C1～C
50
的直链或叉链全氟代烷基；取代或未取代的苯基；和，取代或未取代的杂芳基；X7是H、F、Cl或Br；m为0～10之间的整数；n为2～2000之间的整数。2.根据权利要求1所述的双缆聚合物，其特征在于，R1是C2～C
40
、优选C
10
～C
20
、更优选C
12
的直链亚烷基；和/或，R2、R3、R4、R5各自独立地为C2～C
40
、优选C
10
～C
20
、更优选C
12
的直链或叉链烷基；和/或，X1、X2、X3、X4、X5、X8各自独立地为S、O或Se；和/或，X6、X7各自独立地为H、F或Cl；和/或，m为0～5之间的整数，优选为0或1。3.根据权利要求1所述的双缆聚合物，其特征在于，所述双缆聚合物具有如下结构式：
4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的双缆聚合物的制备方法，其特征在于，其合成反应式如下：所述制备方法包括以下步骤：(i)化合物M1与化合物M2进行亲核取代反应，得到中间体化合物M3；(ii)中间体化合物M3经过Vilsmeier
‑
Haack反应形成醛基，得到中间体化合物M4；
(iii)中间体化合物M4与端基双氟氰基茚二酮进行Knoevenagel缩合反应，得到中间体化合物M5；(iv)中间体化合物M5与苯并二噻吩类双锡试剂M6进行Stile偶联反应，生成式(I)所示双缆聚合物。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(i)中，化合物M1和M2的摩尔比为1：(1～5)，优选为1：(1～3)，更优选为1：1.2；和/或，步骤(i)中，所述亲核取代反应的溶剂为选自以下的任意一种或几种：甲苯、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺；优选地，所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺；优选地，所述溶剂与化合物M1的用量比为100～150ml:1g；和/或，步骤(i)中，所述亲核取代反应在碱的存在下进行；优选地，所述碱为碳酸钾、醋酸钾、碳酸钠或磷酸三钾，优选为碳酸钾；优选地，所述碳酸钾与化合物M1的摩尔比为(3～5):1；和/或，步骤(i)中，所述亲核取代反应在60～90℃、优选70～80℃下进行12
‑
48小时、优选进行24小时；和/或，步骤(i)中，还包括在反应完成后使用氯仿和去离子水进行萃取的步骤，优选地，所述氯仿和去离子水的用量与化合物M1的比例为250～350ml:250～350ml:1g。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(i)具体包括以下步骤：将化合物M1与化合物M2按照摩尔比1:(1～1.2)加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺里；加热至70～80℃，溶解平衡后再加入适量的碳酸钾，反应24小时，冷却后使用氯仿和去离子水萃取分液，有机相用盐水洗涤，干燥，减压蒸馏除去有机溶剂，得到中间体化合物M3的粗产物；任选地，步骤(i)还包括将所得中间体化合物M3的粗产物进行纯化的步骤；优选地，使用体积比1:(2～3)的二氯甲烷/正己烷混合溶剂作为展开剂，将所得中间体化合物M3的粗产物进行硅胶柱层析分离，得到纯净的中间体化合物M3。7.根据权利要求4
‑
6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(ii)中，所述Vilsmeier
‑
Haack反应包括：在N,N
‑
二甲基甲酰胺和三氯氧磷的存在下，使中间体化合物M3在有机溶剂中加热反应；反应完成后，优选在醋酸钠作用下，使反应产物进行水解，得到中间体化合物M4；优选地，中间体化合物M3与N,N
‑
二甲基甲酰胺、三氯氧磷的摩尔比为1：(4～8)：(2～4)，优选为1：6：3；优选地，所述Vilsmeier
‑
Haack反应的反应溶剂为选自以下的任意一种或几种：1,1,2,2
‑
四氯乙烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺；优选地，所述加热反应是在45～70℃、优选50～60℃下进行3
‑
6小时、优选进行4
‑
5小时。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(ii)具体包括以下步骤：将中间体化合物M3溶解到1,1,2,2
‑
四氯乙烷中，制备中间体化合物M3的1,1,2,2
‑
四氯乙烷溶液，即，溶液1；将N,N
‑
二甲基甲酰胺和三氯氧磷溶解到1,1,2,2
‑
四氯乙烷中，制备N,N
‑
二甲基甲酰胺和三氯氧磷的1,1,2,2
‑
四氯乙烷溶液，即，溶液2；将溶液2缓慢滴加至溶液1，加热至50～60℃，反应4～5小时；冷却后，加入醋酸钠水溶液进行水解反应，得到中间体化合物M4的粗产物；
任选地，步骤(ii)还包括将所得中间体化合物M4的粗产物进行纯化的步骤；优选地，使用体积比(1～2):1的二氯甲烷/正己烷混合溶剂作为展开剂，将所得中间体化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李韦伟，梁世洁，刘柏侨，刘晓清，吴婷，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：