本发明专利技术公开了一种聚芴类嵌段共轭聚合物阴极缓冲层的制备方法，该聚芴类嵌段共轭聚合物通过Kumada催化剂转移偶联聚合得到。先以乙二醇单甲醚、2,7‑二溴芴、1,6‑二溴己烷和二乙基胺等为原料合成单体，以1,3‑双二苯基膦丙烷氯化镍Ni(dppp)Cl2为催化剂，以干燥的四氢呋喃为溶剂，将单体和2,7‑二溴‑9,9‑双(2‑(2‑(2‑甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基)‑芴单体反应聚合而成。得到的聚合物用正己烷沉降，用索氏提取器提取，用中性氧化铝过柱，烘干得到淡绿色固体。该嵌段聚合物既可以实现水和醇等极性溶剂加工，环境友好，能降低功函，又能改善上层活性层的形貌。能作为良好的太阳能电池、LED和FET等器件的阴极缓冲层。
Method for preparing poly fluorene block conjugated polymer cathode buffer layer
The invention discloses a method for preparing a poly (fluorene) block conjugated polymer cathode buffer layer, which is obtained by the coupling polymerization of the Kumada block copolymer. Using ethylene glycol monomethyl ether, 2,7, 1,6 dibromo fluorene dibromo hexane and two ethyl amine was synthesized by 1,3 monomer, two phenyl phosphine oxide double nickel chloride Ni (DPPP) Cl2 as catalyst to dry tetrahydrofuran as solvent, monomer and 2,7 9,9 (double bromide 2 (2 (2 methoxy ethoxy) ethoxy) ethyl) reaction fluorene monomer polymerization. With the settlement of n-hexane polymer extracted by Soxhlet extractor, using neutral alumina column, dried to obtain light green solid. The block polymer can not only realize the processing of polar solvents such as water and alcohol, but also can reduce the work function and improve the morphology of the active layer on the upper layer. It can be used as the cathode buffer layer of solar cells, LED and FET devices.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机太阳能电池
，特别是涉及一种聚芴类嵌段共轭聚合物阴极缓冲层的制备方法。
技术介绍
环境污染日益严重，全球能源需求逐年增加，太阳能的开发利用已成为世界关注的热点课题。传统的无机材料光伏电池由于其生产工艺复杂、生产设备昂贵、硅材料受限制以及转换效率已基本达到极限等方面的原因，使其进一步发展受到较大的限制。近年来，共轭聚合物的研究发展使得开发低成本、大面积的有机聚合物光伏电池成为可能。此外，有机共轭聚合物薄膜太阳能电池可采用卷对卷的印刷生产，价格低廉且高效，因此许多学者认为有机薄膜太阳能光伏技术能够真正解决目前商业化的光伏技术面临的高成本、低输出率问题。然而，活性层和阴极电极界面势垒大和活性层形貌不佳，电荷分离和传输效率低严重影响器件的能量转换效率。因此，器件的阴极缓冲层对提高器件的能量转换效率至关重要。目前有机太阳能电池器件的阴极缓冲层为无规或交替的含季铵盐、冠醚等共轭聚合物电解质，无规或交替共轭聚合物电解质结构无序，无法形成自组装结构。上层活性层的形貌仍然不佳，无法改善上层活性层的形貌。为了同时解决活性层和电极之间的能垒和活性层形貌差的问题，本专利技术首次设计合成了以烷氧基和叔胺为极性侧链的嵌段聚芴共轭聚合物电解质。一方面，由于嵌段聚芴本身就可以形成自组装结构，可以进一步诱导上层活性层自组装，从而形成有序的结构，改善上层活性层的形貌；另一方面，烷氧基和叔胺极性侧链可以形成有利的偶极子，降低电极的功函，从而降低活性层和阴极电极界面势垒大。因此，设计含烷氧基和叔胺极性侧链可同时解决活性层和电极之间势垒大和上层活性层形貌差的问题。专利技术内容为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种聚芴类嵌段共轭聚合物阴极缓冲层的制备方法；是含烷氧基和叔胺侧链的聚芴类嵌段共轭聚合物，现有的阴极缓冲层是普通的无规或交替共轭聚合物，无规或交替的聚合物无法解决诱导上层活性层自组装，改善上层活性层形貌的问题。而本专利技术的含烷氧基和叔胺侧链的聚芴类嵌段共轭聚合物可以进行自组装，从而改善上层活性层的形貌。集合了嵌段聚合物和含极性侧链的共轭聚合物的双重优点，不仅可以实现水/醇溶性加工，降低功函，还能改善上层活性层的形貌。本专利技术采用的技术方案如下：一种聚芴类嵌段共轭聚合物阴极缓冲层的制备方法，其特征在于反应方程式如下：一种聚芴类嵌段共轭聚合物阴极缓冲层的制备方法，其特征在于方法步骤如下：（1）在氮气保护下，6,6'-(2,7-二溴-芴)-9,9'-双(N,N-二乙基己烷-1-胺)(1.26g,2.0mmol)和12mL四氢呋喃加入到100mL聚合瓶中并标记为A溶液；2,7-二溴-9,9-双(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基)-芴(0.614g,1.0mmol)和6mL四氢呋喃加入到另外一个聚合瓶中，并标记为B溶液；（2）等两个反应体系升温至80℃左右，3mol/L甲基溴化镁(0.80mL,2.4mmol,溶解于乙醚溶液)加入到A溶液中，同时3mol/L甲基溴化镁(0.40mL,1.2mmol)溶解于乙醚溶液)加入到B溶液中,两个反应体系分别搅拌反应2h；（3）将A反应液冷却至室温,并加入Ni(dppp)Cl2(12mg)，继续回流搅拌反应，直到反应液颜色变深，继续反应十分钟左右A溶液基本聚合完成，再将B溶液倒入A溶液中；（4）将反应液在80℃回流反应3天，得到的聚合物用正己烷沉降，用索氏提取器提取，用中性氧化铝过柱，烘干得到淡绿色固体；（5）该嵌段聚合物可以溶于水和醇等极性溶剂，环境友好，并可以作为良好的太阳能电池、LED和FET器件的阴极缓冲层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是可以同时解决降低活性层和电极之间的界面势垒和改善活性层的形貌。具体如下：一方面通过引入极性基团降低器件活性层和阴极电极之间的界面势垒并实现水/醇溶性加工，环境友好；另外一方面利用嵌段聚芴的自组装性能进一步诱导上层活性层自组装，改善上层活性层的形貌，最终提高器件的效率。目前的技术仅仅是利用无规或交替的共轭聚合物电解质，只能达到降低界面势垒，无法实现改善上层活性层形貌的效果。附图说明图1为本专利技术的含烷氧基及叔胺极性侧链的嵌段聚芴共轭聚合物结构图。图2为本专利技术的聚芴类嵌段共轭聚合物的反应方程式图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。本专利技术的反应方程式如附图2，具体反应步骤如下：（1）2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基-4-甲基苯磺酸酯（化合物1）的合成步骤：三乙二醇单甲醚(8.2g,50.0mmol)和4-甲基苯磺酰氯(10.5g,55.1mmol)溶解于120mLTHF溶液中并加入到250mL圆底烧瓶中。用冰浴将反应体系冷却至0℃。10.0gNaOH溶于50mL去离子水并滴加到上述反应液中，逐渐升至室温并搅拌反应过夜，反应液用碳酸氢钠洗涤除去未反应完的磺酸酯，并用二氯甲烷和水萃取，用MgSO4干燥，过滤，旋干。用乙酸乙酯/石油醚(v/v=1:1)过柱得到无色液体，产率为90%。1HNMR(400MHz,CDCl3),(ppm):7.76(d,2H),7.29(d,2H),4.13(t,2H),3.65-3.50(m,10H),3.33(s,3H),2.42(s,3H).（2）9,9-双(2’-(2’-(2’-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基)-2,7-芴(化合物2)的合成步骤：在250mL氮气瓶中分别加入2,7-二溴芴(5.0g,15.5mmol)和80mL干燥的THF溶液。在氮气保护下，氢化钠(1.5g,60mmol)缓慢加入到氮气瓶中。反应液在85℃回流反应4h。2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基-4-甲基苯磺酸酯（化合物1）(11.8g,37mmol)溶解于15mL干燥THF加入到恒压滴液漏斗中并逐滴滴加到回流反应液中，搅拌回流反应过夜，冷却至室温。用二氯甲烷和去离子水萃取三次，合并有机层，用无水MgSO4干燥，用减压旋转蒸发仪旋干。初产物用乙酸乙酯/石油醚得到5.0g淡黄色固体，产率为53%。1HNMR(400MHz,CDCl3),(ppm):7.62-7.42(m,6H),3.52-3.48(m,8H),3.37(t,4H),3.34(s,6H),3.19(t,4H),2.77(t,4H),2.33(t,4H).（3）2,7-二溴9,9-双(6-溴己基)-芴(化合物3)的合成步骤：在氮气保护下，分别向250mL氮气瓶中加入2,7-二溴芴2.0g，1,6-二溴己烷12mL，10.0gNaOH，10mL去离子水和100mg四正丁基溴化铵。在65℃下反应4-6小时，反应液用二氯甲烷和去离子水萃取三次，用饱和盐水洗涤，合并有机层，用无水MgSO4干燥，旋干。通过减压蒸馏除去过量的1,6-二溴己烷，并用石油醚过柱，得到白色固体，产率为75%。1HNMR(400MHz,CDCl3),(ppm):7.54-7.52(d,2H),7.48-7.45(d,2H),7.44(s,2H),3.31-3.28(t,4H),1.95-1.90(t,4H),1.71-1.64(t,4H),1.24-1.17(t,4H),1.12-1.05(t,4H),0.63-0.55(t,4H)。（4）6,6'-(2,7-二溴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚芴类嵌段共轭聚合物阴极缓冲层的制备方法，其特征在于反应方程式如下：。
【技术特征摘要】
1.一种聚芴类嵌段共轭聚合物阴极缓冲层的制备方法，其特征在于反应方程式如下：。2.一种根据权利要求1所述的聚芴类嵌段共轭聚合物阴极缓冲层的制备方法，其特征在于方法步骤如下：（1）在氮气保护下，6,6'-(2,7-二溴-芴)-9,9'-双(N,N-二乙基己烷-1-胺)(1.26g,2.0mmol)和12mL四氢呋喃加入到100mL聚合瓶中并标记为A溶液；2,7-二溴-9,9-双(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基)-芴(0.614g,1.0mmol)和6mL四氢呋喃加入到另外一个聚合瓶中，并标记为B溶液；（2）等两个反应体系升温至80℃左右，3mol/L甲基溴化镁(0...
【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，徐镇田，秦元成，于婉君，李明俊，彭玉峰，雷旭东，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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