一类含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于有机光电技术领域，公开了一类含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料及其制备和应用。所述的含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料的结构如下式I所示，式Ⅰ中的D单元、A单元、柔性链段中至少有一个单元含有热脱除基团，且在含有热脱除基团的每个单元上，热脱除基团的数量均相对独立的为1～4条。这些聚合物具有良好的溶解性，能够通过溶液加工获得平整薄膜。再在热脱除退火温度(T

【技术实现步骤摘要】
一类含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于有机光电
，具体涉及一类含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料及其制备和应用。

技术介绍

[0002]溶液加工的共轭聚合物因其在光伏器件加工中的简便和兼容性而备受关注。
[0003]共轭聚合物的薄膜溶液加工通常包括旋涂、喷墨印刷或刮涂，这些工序都需要光电半导体聚合物在加工溶剂中良好的溶解性。然而，共轭聚合物的刚性骨架阻碍了它们在有机溶剂中的溶解度，因此需要加入增溶性侧基，例如脂肪族、醚或酯成分。这些sp3杂化碳原子的侧链又会削弱吸收，阻碍载流子传输，还会对光化学稳定性产生负面影响。所以，如何通过侧基的合理设计，在不牺牲溶解度的情况下同时达到适当的分子有序堆积和保持一定的电荷载流子传输特性，从而解决共轭结构和溶液可加工性之间的博弈，是十分关键的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的在于针对有机光伏器件提供一类含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料。该类含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料具有较低的玻璃化转变温度，较优异的光伏性能，适用于溶液加工耐溶剂层，具有巨大的应用潜力。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供所述的含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料的制备和调控方法。
[0006]本专利技术还提供了所述的含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料的应用。该类聚合物材料可用于有机太阳电池、有机光探测器、有机场效应晶体管、有机发光二极管等。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供包含所述含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料的器件溶液加工制备方法。
[0008]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0009]一类含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料，其结构如下式Ⅰ所示：
[0010][0011]式Ⅰ中，柔性链段的设计遵循如下化学结构式，其结构为式Ⅱ，其中C
n
为包括但不限于带有R3取代基的2～12个碳原子的烃类直链、烃类支链或杂原子支链，优选为
‑
C8H
16
‑
、
‑
C2H2‑
、
‑
C3H6N(R3)C3H6‑
中的一种；Ar为具有4～8个碳原子的芳环，芳环上具有4～8个碳原子
的杂芳基烷基，芳环上具有4～8个碳原子的芳氧基，芳环上具有4～8个碳原子的杂芳氧基，芳环上具有4～8个碳原子的芳基烷氧基，或者是芳环上具有4～8个碳原子的杂芳基烷氧基中的一种，优选为噻吩。
[0012][0013]式Ⅰ中，D单元为电子给体单元，包括但不限于以下结构式中的一种：
[0014][0015]式Ⅰ中，A单元为电子受体单元，包括但不限于以下结构式中的一种：
[0016][0017]式Ⅰ中的D单元、A单元、柔性链段的结构式中的R1、R2、R3、R4、R5相对独立地为氢原子，热脱除基团
‑
(C＝O)
‑
O
‑
C(CH3)3,卤素取代或未取代的具有1～27个碳原子的直链烷基、支化烷基、烷氧基或烷硫基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的直链烯基、支化烯基、环状的烯基、烯氧基或烯硫基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的直链、支化或者环状的炔基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的直链、支化或者环状的烷基羰基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的芳基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的杂芳基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的芳烷基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的杂芳基烷基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的芳氧基，卤素取代或未取代的具有4～27个环原子的杂芳氧基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的芳基烷氧基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的杂芳基烷氧基中的一种；式Ⅰ中的D单元、A单元、柔性链段中至少有一个单元含有热脱除基团，且在含有热脱除基团的每个单元上，热脱除基团的数量均相对独立的为1～4条。
[0018]式I中，x＝0％～30％，优选为5％～30％，n＝2～300。
[0019]优选的，上述的含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料具有如下所示的结构：
[0020][0021][0022]其中，x＝0％～30％，优选为5％
‑
30％，n＝2～300。
[0023]一种上述的含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料的制备调控方法，包括以下步骤：
[0024]在惰性气体氛围和有机溶剂中，将含前述柔性链段单元的单体、含电子给体单元(即D单元)的单体与含电子受体单元(即A单元)的单体混合，这三者单体中至少有一种单体含有热脱除功能基团，根据材料溶解性不同，使共聚物结构式中x处于0％～30％，热脱除功能基团含量(热脱除功能基团数量除以重复单元数n)处于2～4，然后在催化剂的催化下进行聚合反应，纯化后得到所述含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物活性层材料；通过柔性单元单体比例调节材料T
g
，通过单体含热脱除功能基团比例调节材料在达到热脱除温度T
a
后的溶解性，使T
f
(器件工作温度)＜T
g
(玻璃化转变温度)＜T
a
(热脱除退火温度)。
[0025]所述有机溶剂可以为氯苯、二氯苯、甲苯、二甲苯中的一种；所述催化剂为钯催化剂，可以为四三苯基膦钯、醋酸钯、三(二亚苄丙酮)二钯中的一种；所述含柔性链段单元的单体与含电子给体单元的单体的反应官能团的物质的量之和与含电子受体单元的单体反应官能团的物质的量相等。
[0026]所述聚合反应的反应温度为110～140℃，反应的时间为40～60h，搅拌速率为200～1000rpm。
[0027]所述混合的方式为物理混合；上述纯化的方式包括沉析、过滤、柱层析及抽提中的一种以上。
[0028]本专利技术的含热脱除功能基团和柔性链段聚合物光伏器件活性层材料通过Stille偶联反应制备，其反应方程式为：
[0029][0030]上述的含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料在有机光伏器件中应用，尤其是在有机太阳电池、有机光探测器、有机场效应晶体管、有机发光二极管等中的应用。
[0031]一种包含上述的含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料的有机光伏器件的溶液加工方法，包括以下步骤：将含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料溶于有机溶剂中得到溶液，通过溶液加工获得平整薄膜，再在热脱除退火温度(T
a
)下对所得薄膜进行热处理导致热脱除基团脱除，从而使其失去在有机溶剂的强溶解性能，成为耐溶剂层，并使薄膜形貌自流平；再将对应的同种的聚合物光活性材料(x＝0)与受体的混合溶液旋涂在耐溶剂层上。在维持聚合物光活性材料(x＝0)共轭性能不变的情况下，获得形貌平整的耐溶剂的薄膜给体层，形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料，其特征在于结构如下式Ⅰ所示：式Ⅰ中，柔性链段的设计遵循如下化学结构式，其结构为式Ⅱ，其中C
n
为带有R3取代基的2～12个碳原子的烃类直链、烃类支链或杂原子支链；Ar为具有4～8个碳原子的芳环，芳环上具有4～8个碳原子的杂芳基烷基，芳环上具有4～8个碳原子的芳氧基，芳环上具有4～8个碳原子的杂芳氧基，芳环上具有4～8个碳原子的芳基烷氧基，或者是芳环上具有4～8个碳原子的杂芳基烷氧基中的一种；式Ⅰ中，D单元为电子给体单元，包括但不限于以下结构式中的一种：式Ⅰ中，A单元为电子受体单元，包括但不限于以下结构式中的一种：
式Ⅰ中的D单元、A单元、柔性链段的结构式中的R1、R2、R3、R4、R5相对独立地为氢原子，热脱除基团
‑
(C＝O)
‑
O
‑
C(CH3)3,卤素取代或未取代的具有1～27个碳原子的直链烷基、支化烷基、烷氧基或烷硫基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的直链烯基、支化烯基、环状的烯基、烯氧基或烯硫基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的直链、支化或者环状的炔基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的直链、支化或者环状的烷基羰基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的芳基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的杂芳基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的芳烷基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的杂芳基烷基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的芳氧基，卤素取代或未取代的具有4～27个环原子的杂芳氧基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的芳基烷氧基，卤素取代或未取代的具有4～27个碳原子的杂芳基烷氧基中的一种；式Ⅰ中的D单元、A单元和柔性链段这三个单元中，至少有一个单元含有热脱除基团，且在含有热脱除基团的单元上，每个单元上热脱除基团的数量均相对独立的为1～4条；式I中，x＝0％～30％，n＝2～300。2.根据权利要求1所述的含热脱除功能基团和柔性链段的聚合物光活性材料，其特征在于：式Ⅰ中，柔性链段中，C
n
为
‑
C8H
16
‑
、
‑
C2H2‑
、
‑
C3H6N(R3)C3H6‑
中的一种；Ar为噻吩。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：应磊，罗轩昂，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：