本发明专利技术公开了一种二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物材料及其制备方法与应用。该聚合物的结构式如式Ⅰ所示，其中，R1为碳原子数为4到20的直链或支链的烷基；R2为是氢原子或碳原子数为4到20的直链或支链的烷基；R3和R4选自下述基团中的任意一种：氢，碳原子数为1-30的未取代或卤素取代的直链或支链的烷基、烷氧基、砜基、亚砜基、酯基、羰基，氰基，硝基，芳基，芳烷基，卤素，单键、双键、三键或其组合的取代基取代的芳基；m代表聚合物中噻吩的重复单元个数，其为0-3之间的自然数；n代表聚合物的重复单元个数，其为5-1000之间的自然数。本发明专利技术的聚合物材料可应用于光电领域如有机太阳能电池和高迁移场效应管领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物材料及其制备方法与其在光电方面的应用。
技术介绍
随着社会与经济的迅速发展，人类对化石能源的需求和使用量都迅猛增长。这不仅导致整个社会运行成本的提高，还带来了严重的环境污染问题。例如汽车使用数量的急剧增长直接导致传统化石能源如汽油、天然气等一次性能源的快速消耗，尾气的排放导致严重的环境污染等，都直接或间接制约着我们现代社会的可持续发展。因此，尽快发展绿色可再生能源已经成为我们的共识。太阳能电池作为清洁可再生能源的一个重要组成部分，近年来取得了长足的发展。太阳能电池技术已经逐渐渗入到人们的生活和生产中。小到太阳能计算器、太阳能路灯以及太阳能汽车，大到大规模光伏电站以及太空中的卫星电池等，太阳能电池都发挥了巨大的作用。近年来，有机(包括聚合物)光伏器件具有重量轻、成本低以及可以制成柔性大面积器件等突出优点，成为太阳能电池的研究热点。通过在分子基础上对种类繁多的有机材料进行设计合成，并对器件结构进行优化，有机(包括聚合物)太阳能电池的效率目前为止达到了 9%以上,很有希望进一步突破10 %，成为未来能源利用的重要方式之一，其市场前景极其广阔。设计与合成新型的聚合物光伏材料是进一步提高光伏效率的有效途径。芳香式-醌式结构的窄带隙聚合物成为高效率材料的重要选择。苯并二噻吩(简称BDT)作为芳香式电子给体与不同的电子受体聚合，取得了一系列高达5%以上效率的优异结果。相比苯并二噻吩,一类共辄结构二噻吩并苯并 二噻吩单元(简称DTBDT)的平面性很好，分子链间较强的P1-Pi堆积更容易形成高迁移率。利用这种平面对称性且高迁移率的特性，将它引入到小分子类高迁移率的材料中，已经有所报道。(W02010000670A1 ；US20110155248A1 ；Li, L.；Gao, P.；Schuermann, K.；0stendorp, S.；ffang, ff.；Du, C.；LeiY.；Fuchs, H.；Cola, L.；Mullen, K.；Chi, L.J.Am.Chem.Soc.2010,132,8807-8809 ；ffang,S.;Gao, P.；Liebewirth, 1.；Kirchhoff, K.;Pang, S.;Feng, X.;Pisula, ff.;Mullen,K.Chem.Mater.2011，23，4960-4964.)。但是在聚合物体系中，至今只有极少以DTBDT为主链的分子结构在有机光电领域的研究报道出现。(Yue Wu7Zhaojun Li,Xia Guo,Huili Fan,Lijun Huo and Jianhui Hou,J.Mater.Chem.,2012,22, 21362-21365 ；Hae Jung Son,LuyaoLu,Wei Chen,Tao Xu,TianyueZhen,Bridget Carsten,Joseph Strzalka,Seth B.Darling,Lin X.Chen, Luping Yu, Advanced Materials 2013, 25,838-843)由于聚合物链与链之间的堆积可以提供更大的共轭堆积，迁移率和光伏性能都有不同程度提高，因此可以利用DTBDT这种较高的迁移率和较好的分子平面性，设计出更高迁移率的聚合物光伏材料和高迁移率的器件。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种含侧链共轭噻吩基的二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物材料及其制备方法。本专利技术所提供的共轭聚合物，其结构式如式I所示:权利要求1.结构式如式I所示的聚合物:2.根据权利要求1所述的聚合物，其特征在于:所述式I中m= 1，所述式I为下述式II所示的聚合物:3.根据权利要求1所述的聚合物，其特征在于:所述式I中m= 0，所述式I为下述式III所示的聚合物:4.根据权利要求1-3中任一项所述的聚合物，其特征在于:所述聚合物的数均分子量为1000至2，000，000，优选的数均分子量为3000至500，000，最优选的数均分子量为10，000 至 300，000。5.式IV所示化合物:6.制备权利要求1-4中任一项所述聚合物的方法，包括下述步骤: I)在丙酮液氮浴环境下，使式IV所示化合物与二异丙基氨基锂在四氢呋喃中进行反应，然后再向所述反应的反应体系中加入三甲基氯化锡继续反应，得到式V所示的化合物；7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述步骤2)中，所述反应在下述至少一种溶剂中进行:甲苯、氯苯、二氯苯、N, N-二甲基甲酰胺和氯仿；所述式V所示的化合物与式VI所示的共轭单元的摩尔比为1:1 ;所述反应的反应时间为5分钟 72小时。8.制备权利要求5所述式IV所示化合物的方法，包括下述步骤: 1)使式νπ所示化合物与硝酸铈胺反应，得到式珊所示化合物；9.一种半导体组合物，由权利要求1-4中任一项所述的式I所示聚合物和掺加剂组成；所述掺加剂为富勒烯或其衍生物中的至少一种；所述富勒烯或其衍生物优选为-苯基C61 丁酸甲酯、_苯基C71 丁酸甲酯或含茚富勒烯。10.权利要求1-4中任一项所述的聚合物或权利要求8所述的半导体组合物在制备下述器件中的应用:薄膜半导体器件、电化学器件、光伏器件和光电器件；所述器件具体为聚合物太阳能电池器件或光检测器器件，所述聚合物太阳能电池器件进一步为包含本体异质结结构的聚合物太阳能电池器件。11.一种光伏器件，包括空穴收集层、电子收集层、以及空穴收集层和电子收集层之间的光伏材料层；所述光伏材料层中包括权利要求1-4中任一项所述的聚合物或权利要求8所述的半导体组合物；所述光伏器件优选聚合物太阳能电池器件。12.一种光电器件，包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极、以及在所述第一电极和第二电极之间设置的至少一层活性材料层；所述活性材料层中含有权利要求1-4中任一项所述的聚合 物。全文摘要本专利技术公开了一种二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物材料及其制备方法与应用。该聚合物的结构式如式Ⅰ所示，其中，R1为碳原子数为4到20的直链或支链的烷基；R2为是氢原子或碳原子数为4到20的直链或支链的烷基；R3和R4选自下述基团中的任意一种氢，碳原子数为1-30的未取代或卤素取代的直链或支链的烷基、烷氧基、砜基、亚砜基、酯基、羰基，氰基，硝基，芳基，芳烷基，卤素，单键、双键、三键或其组合的取代基取代的芳基；m代表聚合物中噻吩的重复单元个数，其为0-3之间的自然数；n代表聚合物的重复单元个数，其为5-1000之间的自然数。本专利技术的聚合物材料可应用于光电领域如有机太阳能电池和高迁移场效应管领域。文档编号H01L51/46GK103193962SQ201310126328公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日专利技术者霍利军, 侯剑辉 申请人:中国科学院化学研究所本文档来自技高网...
【技术保护点】
结构式如式I所示的聚合物：其中，R1为碳原子数为4到20的直链或支链的烷基，R2为氢原子或碳原子数为4到20的直链或支链的烷基；R3和R4均独立的代表下述基团中的任意一种：氢，碳原子数为1?30的未取代或卤素取代的直链或支链的烷基，碳原子数为1?30的直链或支链的烷氧基，碳原子数为1?30的直链或支链的砜基，碳原子数为1?30的直链或支链的亚砜基，碳原子数为1?30的直链或支链的酯基，碳原子数为1?30的直链或支链的羰基，氰基，硝基，芳基，芳烷基，卤素，单键、双键、三键或其组合的取代基取代的芳基；m为0?3之间的自然数；n代表聚合物的重复单元个数，其为5?1000之间的自然数。FDA00003041130000011.jpg
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：霍利军，侯剑辉，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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