基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于有机半导体光电材料领域，具体涉及一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质及其制备方法和用途。解决现有技术中基于三聚吲哚及其衍生物的空穴传输材料成膜性差、难以利用正交溶剂法溶液加工制备器件、且所制得器件效率低的技术问题。本发明专利技术提供的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质材料pH显中性，不会腐蚀相应的电极和有机材料；可利用正交溶剂法溶液加工制备有机光电器件空穴传输层；具有可见光区较好的透光率、良好的热稳定性等优点。使用本发明专利技术制备的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质作为空穴传输层制备有机光伏器件或是有机电致发光器件具有较高的效率。

Hyperbranched conjugated polyelectrolyte based on triaindole and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质及其制备方法和用途
本专利技术属于有机半导体光电材料领域，具体涉及一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质及其制备方法和用途。
技术介绍
有机半导体材料具有质轻、价廉、柔性、可溶液加工制备大面积器件等优点而获得了广泛关注，并具有巨大的应用前景。近十几年来，作为有机半导体光电材料的两类重要应用，有机发光二极管(OLED)和有机太阳能电池(OPV)取得了重要的发展。在这两类器件中，界面层对于提升器件性能起着重要的作用。界面层包括空穴传输层和电子传输层，它们有利于实现相应电极和发光层(OLED器件中)或活性层(OPV器件中)间的欧姆接触，并能够选择性的传输空穴或电子。其中，空穴传输材料一直备受关注。在OLED器件中，空穴传输层可以提高空穴在器件中的传输效率，并将电子阻挡在发光层内，同时可以降低空穴在注入过程中的能量壁垒，增加空穴注入效率，实现载流子的最大复合，提高器件的亮度和寿命。在OPV器件中，空穴传输层可以将电子阻挡在活性层内，同时降低空穴收集时的能量壁垒，增加空穴收集效率，提高器件的光电转换效率。目前，最常用的空穴传输材料是聚(3,4-乙撑二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸盐的混合物水溶液(PEDOT:PSS)，它具有合适的功函、较高的电导率、可见光区较弱的吸收等优点。然而PEDOT:PSS为酸性材料，会腐蚀电极和发光层或活性层，造成器件的不稳定性。在OPV中，一些无机材料如MoO3等也可用于空穴传输层中,但这些材料通常具有非柔性、低电导率、制备过程复杂等缺点。因此，开发新的可以取代PEDOT:PSS的有机空穴传输材料，有利于提升器件的寿命和稳定性。三聚吲哚是一种富电子的平面性C3对称的稠环分子。由于具有高HOMO能级和高空穴迁移率的特点，三聚吲哚及其衍生物有利于作为空穴传输材料用于OLED或OPV器件中。目前基于三聚吲哚及其衍生物的空穴传输材料报道较少，且所报道的分子均为非水溶性小分子，其成膜性差，难以利用正交溶剂法溶液加工制备器件，且所制得器件效率很低。相比于小分子，共轭聚电解质通常具有更好的空穴传输性能，有利于提升器件性能。同时，共轭聚电解质成膜性好，可利用正交溶剂法溶液加工制备器件。然而，由于合成的难度，基于三聚吲哚的共轭聚电解质未见报道。因此，开发基于三聚吲哚的共轭聚电解质用作空穴传输材料，对实现OLED和OPV器件的正交溶剂法溶液加工，提高器件效率具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术中基于三聚吲哚及其衍生物的空穴传输材料成膜性差、难以利用正交溶剂法溶液加工制备器件、且所制得器件效率低的技术问题，提供一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质及其制备方法和用途。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：本专利技术提供一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质，其结构式为：其中，代表聚合物共轭骨架的延续；式(Ⅰ)中，R的结构如式(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：D的结构为下述结构中的任意一种：其中，R1为C1到C8的烷基。在上述技术方案中，R为-C4H8SO3Na，D的结构为在上述技术方案中，R为-C4H8SO3Na，D的结构为在上述技术方案中，R为-C4H8SO3Na，D的结构为本专利技术还提供一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质的制备方法，包括以下步骤：步骤1、在NaH存在下，将式(Ⅴ)化合物进行亲电取代反应，从而形成式(Ⅵ)的小分子化合物；M的结构为下述结构中的任意一种：R的结构如式(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：步骤2-1、在催化剂存在的条件下，式(Ⅵ)化合物与D化合物进行Suzuki偶联反应，从而形成式(Ⅰ)的超支化共轭聚电解质；或步骤2-2、在催化剂存在的条件下，式(Ⅵ)化合物与D化合物进行Stille偶联反应，从而形成式(Ⅰ)的超支化共轭聚电解质；或步骤2-3、在催化剂存在的条件下，式(Ⅵ)化合物与D化合物进行直接芳基化偶联反应，从而形成式(Ⅰ)的超支化共轭聚电解质；式(Ⅰ)中，D的结构为下述结构中的任意一种：其中，R1为C1到C8的烷基。在上述技术方案中，所述M为1,4-丁磺酸内酯，D化合物为1,4-苯二硼酸、噻吩-2,5-二硼酸二频哪醇酯、2,5-双(三甲基锡)噻吩或者1,2,4,5-四氟苯。本专利技术还提供一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质的用途，所述的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质作为空穴传输层用于制备有机光电器件。本专利技术还提供一种由本专利技术的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质作为空穴传输层的有机光伏器件。本专利技术还提供一种由本专利技术的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质作为空穴传输层的有机电致发光器件。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术提供的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质材料pH显中性，不会腐蚀相应的电极和有机材料。(2)本专利技术提供的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质材料可利用正交溶剂法溶液加工制备有机光电器件空穴传输层。(3)本专利技术提供的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质材料具有可见光区较好的透光率、良好的热稳定性等优点。(4)使用本专利技术制备的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质TAT-H-P作为空穴传输层制备有机光伏器件，器件的结构为：ITO/TAT-H-P/PTB7:PC71BM/Ca(20nm)/Al(100nm)，测得器件短路电流Jsc为13.81mA/cm2，开路电压Voc为0.75V，填充因子FF为66.13％，能量转换效率PCE为6.85％。(5)使用本专利技术制备的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质TAT-T-P作为空穴传输层制备有机电致发光器件，器件的结构为：ITO/TAT-T-P/G2P2/TmPyPB(50nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)，所得的EL器件的性能如下：启亮电压为2.5V,最大发光效率为46.0cd/A，最大功率效率为52.6lm/W，最大亮度为48277cd/m2。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为实施例1制备的超支化共轭聚电解质TAT-H-P作为空穴传输层的太阳能电池的电流密度-电压曲线。图2为实施例2制备的超支化共轭聚电解质TAT-T-P作为空穴传输层的有机发光二极管的亮度-电压曲线。图3为实施例2制备的超支化共轭聚电解质TAT-T-P作为空穴传输层的有机发光二极管的电流效率-亮度曲线。图4为实施例2制备的超支化共轭聚电解质TAT-T-P作为空穴传输层的有机发光二极管的发射光谱。图5为实施例1制备的超支化共轭聚电解质TAT-H-P的热重分析曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做以详细说明。本专利技术提供一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质，其结构式为：式(Ⅰ)中，R的结构如式(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质，其特征在于，其结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质，其特征在于，其结构式为：



式(Ⅰ)中，R的结构如式(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：



D的结构为下述结构中的任意一种：






其中，R1为C1到C8的烷基。


2.根据权利要求1所述的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质，其特征在于，R为-C4H8SO3Na，D的结构为


3.根据权利要求1所述的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质，其特征在于，R为-C4H8SO3Na，D的结构为


4.根据权利要求1所述的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质，其特征在于，R为-C4H8SO3Na，D的结构为


5.一种权利要求1所述的基于三聚吲哚的超支化共轭聚电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在NaH存在下，将式(Ⅴ)化合物进行亲电取代反应，从而形成式(Ⅵ)的小分子化合物；



M的结构为下述结构中的任意一种：



R的结构如式(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：



步骤2-1、在催化剂存在的条件下，式(Ⅵ)化合物与D化合物进行Suzuki偶联反应，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利祥，童辉，陈永红，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22