一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其在有機(jī)光電子器件中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聚合物太陽(yáng)能電池材料研究和有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管材料研究領(lǐng)域，特別 涉及一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其在有機(jī)光電子器件中的應(yīng)用。有機(jī)太 陽(yáng)能電池作為一種綠色、可再生能源的利用方法，具有價(jià)格低廉，質(zhì)量輕便、易于大面積柔 性制備等優(yōu)點(diǎn)，因此受到廣大研究者們的青睞。基于有機(jī)共軛材料的本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電 池已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，一系列新型的材料被合成出來(lái)并加以利用，能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng) 達(dá)到12. 0%，顯示出有機(jī)太陽(yáng)能電池的廣闊應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002] 除了提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，如何延長(zhǎng)有機(jī)太陽(yáng)能電池的壽命將是 其推向商業(yè)應(yīng)用不得不面對(duì)的問(wèn)題。含氟原子的有機(jī)共軛聚合物有很重要的應(yīng)用，這些分 子往往具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性，耐腐蝕性，氟化物基底疏水疏油性以及氟化芳 香環(huán)的電子密度分布翻轉(zhuǎn)的性能。這些優(yōu)異的性質(zhì)源于氟原子獨(dú)一無(wú)二的特性：氟原子是 電負(fù)性最強(qiáng)的原子，數(shù)值達(dá)到4. 0,比氫原子的2. 2要大得多；同時(shí)氟原子又是最小的的吸 電子基團(tuán)，它的范德華半徑只有1.35 A，僅比氫原子（1.2 A)略大。更為重要的是，氟原子 的存在往往產(chǎn)生C-F…H(3.4-3.8A),F…S，C-. . . F，的相互作用，而這些相互作用將帶 來(lái)顯著的分子內(nèi)或分子間的相互作用。氟取代的共軛聚合物在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管和有機(jī)發(fā)光二 級(jí)管中的應(yīng)用已經(jīng)有了一些研究。但是，在光伏材料的應(yīng)用中，尤其是作為P型半導(dǎo)體，氟 取代的材料還比較少見(jiàn)。
[0003] 最近的一些研究表明，由于氟原子的引入，聚合物的HOMO和LUM0能級(jí)都有所降 低，同時(shí)材料的光學(xué)帶隙基本保持不變。作為給體材料的聚合物具有較低的HOMO能級(jí)能夠 使得光伏器件獲得較高的的開(kāi)路電壓，同時(shí)填充因子和短路電流也有所增大。使用這些材 料制得的光伏器件的最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 7-8%。但是這些研究中對(duì)于引入氟原子之 后材料在光伏器件中表現(xiàn)出的較高的短路電流和填充因子并沒(méi)有給出解釋。再者，氟原子 的引入大都在這些材料的受體單元上，誠(chéng)然這將增強(qiáng)受體單元的吸電子能力，從而帶來(lái)更 有效的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移作用，但是，根據(jù)分子軌道雜化理論，聚合物的HOMO能級(jí)更大程度 上依賴于給體的H0M0能級(jí)高低，將氟原子引入給體單元還鮮有研究。同時(shí)，給受體交替共 聚物的給體單元更容易被氧化而導(dǎo)致材料的老化，在給體上引入氟原子應(yīng)該能夠顯著提高 材料的穩(wěn)定性，從而延長(zhǎng)材料的使用壽命，但是目前對(duì)于材料和器件穩(wěn)定性及壽命方面的 研究還不夠深入。由此可見(jiàn)，氟取代的交替共軛聚合物在光伏器件中的應(yīng)用值得進(jìn)行深入 的研究。
[0004] 基于以上的考慮，本發(fā)明公開(kāi)了一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其 在有機(jī)光電子器件中的應(yīng)用。本發(fā)明為一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其在 有機(jī)光電子器件中的應(yīng)用，聚合物結(jié)構(gòu)如式I所示，該類具有很好的溶解性以及較寬的紫 外吸收，本發(fā)明涉及一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其在有機(jī)光電子器件中 的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在公開(kāi)一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其在有機(jī)光電子器 件中的應(yīng)用
[0006] 本發(fā)明中含氟咔唑雙硼酸酯和基于其聚合物的制備方法如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其在有機(jī)光電子器件中的應(yīng)用。
2. 權(quán)利要求1所述材料雙氟咔唑雙硼酸酯的結(jié)構(gòu)。
3. 權(quán)利要求1所述材料含氟咔唑共軛聚合物的方法，主要步驟是： 氮?dú)鈿夥障拢约妆?、四氫呋喃和NaHC03水溶液為溶劑，將4-(5_溴噻 吩-2-基）-7-(5-(5-己基噻吩-2-基）噻吩-2-基）苯并噻二唑和2, 7-二（4,4, 5, 5-四 甲基-1，3,2-二氧雜硼烷-2-基）-3,6_二氟-N-辛基咔唑，在四（三苯基膦）鈀催化下 體系在氮?dú)鈿夥障聰嚢杌亓鞣磻?yīng)3天。加入苯硼酸反復(fù)充脫氮?dú)饫^續(xù)回流4個(gè)小時(shí)，加入 溴苯反復(fù)充脫氮?dú)饫^續(xù)回流6個(gè)小時(shí)，然后冷卻體系，加入水和氯仿；用分液漏斗分出有機(jī) 層，用丙酮沉淀，然后將沉淀在溶解在少量的氯仿中，繼續(xù)在丙酮中沉淀，反復(fù)該操作3次， 最后在高真空下干燥得到聚合物。
4. 權(quán)利要求1所述共軛聚合物在光電子器件中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其在有機(jī)光電子器件中的應(yīng)用。目前，在給受體交替共聚物中，給體單元更容易被氧化而導(dǎo)致材料的老化，將氟原子引入給體單元還鮮有研究。同時(shí)，在給體上引入氟原子應(yīng)該能夠顯著提高材料的穩(wěn)定性，從而延長(zhǎng)材料的使用壽命。本發(fā)明涉及一類基于含氟咔唑共軛聚合物、其制備方法及其在有機(jī)光電子器件中的應(yīng)用，通式如式一所示。本發(fā)明的一類基于含氟咔唑具有非常好的平面性、較低的HOMO能級(jí)以及優(yōu)異太陽(yáng)光捕獲能力和空穴傳輸能力，該類共軛聚合物溶液加工性、熱穩(wěn)定性、電荷傳輸性、吸光性好，是有機(jī)電子器件如太陽(yáng)能電池、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和發(fā)光二極管中理想的有機(jī)半導(dǎo)體材料。其通式如上所示。
【IPC分類】H01L51-54, C08G61-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104629006
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310560171
【發(fā)明人】李翠紅, 危和狄, 薄志山
【申請(qǐng)人】北京師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年11月13日