一種半導(dǎo)體共軛聚合物及其制備方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體共軛聚合物及其制備方法。本發(fā)明公開了一種可溶液加工的聚合物半導(dǎo)體材料，具體的是一種基于二維共軛苯并二噻吩和（2-氧吲哚-3-亞基）苯并二呋喃-二酮的半導(dǎo)體共軛聚合物及其制備。本發(fā)明涉及合成的新型半導(dǎo)體共軛聚合物具有寬的吸收峰，覆蓋可見光甚至延伸至近紅外區(qū)域，同時(shí)具有低的LUMO能級(jí)，可代替PCBM作為光伏受體材料應(yīng)用與有機(jī)光伏領(lǐng)域。以引入的側(cè)鏈為促溶烷基鏈，本發(fā)明所制得的共軛半導(dǎo)體聚合物可溶液加工處理，在有機(jī)光伏領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種半導(dǎo)體共軛聚合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種可溶液加工的聚合物半導(dǎo)體材料，具體的是一種基于二維共軛苯并二噻吩和(2-氧吲哚-3-亞基)苯并二呋喃-二酮的半導(dǎo)體共軛聚合物及其制備。聚合物具有低的LUMO能級(jí)，吸收峰延伸覆蓋可見光，并延伸至近紅外區(qū)域。本發(fā)明的聚合物可代替富勒烯衍生物(PCBM)，增加光吸收，應(yīng)用于有機(jī)光伏領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】[0002]近年來，有機(jī)光伏因其具有突出的優(yōu)點(diǎn)，如成本低，重量輕，可溶液處理等成為研究的熱點(diǎn)，是將來利用可再生能源的一個(gè)重要部分。本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)是目前有機(jī)光伏使用的最基本的器件結(jié)構(gòu)，它是使用有機(jī)材料如共軛聚合物作為電子給體材料，以PCBM作為電子受體材料。富勒烯是由碳原子組成的球狀分子，經(jīng)過改性后的富勒烯衍生物PCBM具有較好的溶解性，由于共軛聚合物與富勒烯衍生物之間存在超快的電荷轉(zhuǎn)移，并且富勒烯衍生物材料具有高的電子遷移率(2X 10_3cm2.V's—1)，在電子給體與PCBM界面，被PCBM接受的電子可以快速高效的由單線態(tài)轉(zhuǎn)移到三線態(tài)，防止了電子再由PCBM回傳到給體的逆過程，從而使電荷轉(zhuǎn)移效率接近100%。目前，幾乎所有的高性能有機(jī)光伏電池都是以PCBM材料為受體材料，但是PCBM作為有機(jī)光伏受體材料也有明顯的缺點(diǎn)，首先，PCBM與有機(jī)材料的相容性較差，容易造成聚合物與PCBM形成大尺度的相分離，影響有機(jī)光伏性能；其次，PCBM在可見光區(qū)域吸收較弱，在近紅外區(qū)域基本沒有吸收，這就造成給體材料要承擔(dān)對(duì)太陽(yáng)光子的有效吸收，PCBM的吸收較弱直接影響了器件的電流，從而影響器件性能；最后，PCBM價(jià)格昂貴，使用成本高。因此開發(fā)PCBM的替代材料意義重大，其中合成低最低未占軌道(LUMO)能級(jí)的共軛聚合物代替PCBM應(yīng)用于本體異質(zhì)結(jié)器件中發(fā)展全聚合物太陽(yáng)能電池能彌補(bǔ)PCBM帶來的不利缺點(diǎn):首先共軛聚合物在可見光甚至到近紅外區(qū)域有高的吸收系數(shù)，能有效吸收太陽(yáng)光子能量；其次共軛聚合物通過改變自身結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)最低未占軌道(LUMO)和最高占有軌道(HOMO)能級(jí)；最后聚合物成膜性能好，原料來源廣泛且成本低，同時(shí)還可以通過改變聚合物自身的側(cè)鏈來調(diào)節(jié)體系的溶解度和相分離程度。
[0003]因此，本發(fā)明著力解決PCBM在有機(jī)光伏應(yīng)用中的缺點(diǎn)，提供了一種低LUMO能級(jí)的聚合物，此聚合物吸收峰覆蓋可見光，甚至延伸至近紅外區(qū)域，可代替PCBM應(yīng)用于有機(jī)光伏受體材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了提供一種應(yīng)用于有機(jī)光伏受體材料領(lǐng)域的半導(dǎo)體聚合物及其制備。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種基于二維共軛苯并二噻吩和(2-氧吲哚-3-亞基)苯并二呋喃-二酮的半導(dǎo)
體共軛聚合物，所述共軛聚合物的結(jié)構(gòu)式為:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體共軛聚合物，其特征在于所述的共軛聚合物是基于二維共軛苯并二噻吩和(2-氧吲哚-3-亞基)苯并二呋喃-二酮的半導(dǎo)體共軛聚合物:所述共軛聚合物的結(jié)構(gòu)式為:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體共軛聚合物，其特征在于:所述的Rl烷烴鏈可選擇C8-C12的支鏈或者C8-C2tl的支鏈烷烴。
3.—種如要求I所述的半導(dǎo)體共軛聚合物的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 以二維共軛二噻吩雙錫單體，以(2-氧吲哚-3-亞基)苯并二呋喃-二酮雙溴單體為原料，采用Stille交叉偶聯(lián)反應(yīng)得到所述的半導(dǎo)體共軛聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半導(dǎo)體共軛聚合物制備方法，其特征在于:所獲得的半導(dǎo)體共軛聚合物的反應(yīng)是在以三(二亞芐基丙酮)二鈀為催化劑，三(鄰甲基苯基)磷為配體的體系下聚合得到的。
5.根據(jù)權(quán)利3要求所述的一種半導(dǎo)體共軛聚合物制備方法，其特征在于，所述的交叉偶聯(lián)反應(yīng)溫度為80-130oC。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半導(dǎo)體共軛聚合物制備方法，其特征在于，所述交叉偶聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為6-72小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半導(dǎo)體共軛聚合物制備方法，其特征在于，所述的二維共軛二噻吩雙錫單體、(2-氧吲哚-3-亞基)苯并二呋喃-二酮雙溴單體、三(二亞芐基丙酮)二鈀、三(鄰甲基苯基)磷的用量摩爾比為1:1:0.02:0.04。
【文檔編號(hào)】C08G61/12GK103626975SQ201310542474
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】張國(guó)兵, 郭景華, 張捷, 李朋, 呂國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)