基于4-烷硫基噻吩/4-烷硒基噻吩的聚合物和制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了基于4

【技术实现步骤摘要】
基于4
‑
烷硫基噻吩/4
‑
烷硒基噻吩的聚合物和制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及有机半导体材料领域，特别是涉及一种基于4
‑
烷硫基噻吩/4
‑
烷硒基噻吩的聚合物和制备方法及应用。

技术介绍

[0002]本体异质结聚合物太阳电池因为其新应用的潜力，比如它的柔性、轻便、环保及低成本发电，一直受到广泛关注。一般来说，聚合物作为电子给体，和一种富勒烯衍生物作为电子受体材料，来共同制备经典的本体异质结聚合物太阳电池，其能量转换效率已经达到11％。但是，由于其在可见光区的吸收较弱、能级调节困难、高成本，富勒烯衍生物已经不是聚合物太阳能电池中理想的受体材料。因此，非富勒烯(NF)受体，由于其再可见光或近红外的强吸收，易于调节能级及相容的形貌，使聚合物太阳电池可以进一步提高能量转换效率。随着高效的ITIC及其衍生物的发展，聚合物太阳能电池的效率已经提高至13
‑
14％，为未来的商业化应用打开了一个光明的未来。
[0003]与受体材料类似的是，多聚物电子给体在聚合物太阳能电池中同样重要。高效的非富勒烯聚合物太阳能电池，首先需要多聚物给体和非富勒烯受体有相匹配的吸收光谱、能级及在纳米结构较为合适的相分离，从而确保捕获光子，以及电荷分离和传输尽可能有效。因此，研发一种新的多聚物给体，来满足现在较少的有效的非富勒烯受体材料，是可以进一步提高多聚物太阳能电池效率的有效方法。新的基础单元、不同的给体
‑
受体聚合物结构以及侧链的修饰已经被选为可以有效提高多聚物给体材料性能的有效方法。在这些新的方法当中，侧链的修饰是较为容易的办法。
[0004]在现有技术中，4
‑
烷氧基噻吩(AOT)作为拉电子侧链和苯并[1,2
‑
b：4,5
‑
b']二噻吩
‑
4,8
‑
二酮偶联，显示出较低HOMO能级，这样可以提高器件的开路电压(V
oc
)以及效率。然而，基于AOT的多聚物与现在经典的NF给体不能很好的匹配，导致多聚物太阳能电池的性能较低。此外，AOT多聚物因其复杂的合成路线，一直受到高合成成本和低产率的困扰。
[0005]综上所述，亟需研发一种新的技术方案，以解决现有技术中存在的问题，满足实际应用的需求。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术提供了一种可行且有效的分子合成方法，以获得更高效的多聚物太阳能电池。在本专利技术中，将含有硫或者硒原子的4
‑
烷硫基噻吩(AST)或4
‑
烷硒基噻吩(ASeT)引入修饰BDT单元侧链，从而制备性能更强的非富勒烯多聚物太阳能电池。此外，本专利技术采用比卤素溶剂毒性更低的非卤素溶剂处理AST或ASeT多聚物材料，提供了制备高效、低成本、环境友好的非富勒烯多聚物太阳能电池的新途径。
[0007]本专利技术的一个目的在于，提供一种给体
‑
受体聚合物，包括作为共轭侧链连接至所述给体
‑
受体聚合物的主链上的4
‑
烷硫基噻吩环和/或4
‑
烷硒基噻吩环；
[0008]所述4
‑
烷硫基噻吩环的结构式为
[0009][0010]所述4
‑
烷硒基噻吩环的结构式为
[0011][0012]其中，R1选自氢原子、
‑
(CH2)
m
H、
‑
O(CH2)
m
H和
‑
S(CH2)
m
H中的一种或多种，m选自1～20范围内的整数；R2为
‑
(CH2)
n
H，n选自1～12范围内的整数。
[0013]进一步地，R1可以是氢原子、
‑
CH3、
‑
C2H5、
‑
C4H9、
‑
C6H
13
、
‑
C8H
17
、
‑
C
12
H
25
、2
‑
乙基己基、2
‑
丁基辛基、2
‑
己基癸基或2
‑
辛基十二烷基；优选地，R1是2
‑
乙基己基。
[0014]进一步地，所述4
‑
烷硫基噻吩环和/或4
‑
烷硒基噻吩环连接在聚合物主链的给体单元上。
[0015]进一步地，所述4
‑
烷硫基噻吩环和/或4
‑
烷硒基噻吩环与聚合物主链的给体单元的摩尔比为(1～2):1。
[0016]优选地，所述4
‑
烷硫基噻吩环和/或4
‑
烷硒基噻吩环与聚合物主链的给体单元的摩尔比为2:1。
[0017]优选地，共轭聚合物的主链为给体
‑
受体结构，给体单元与受体单元的摩尔比(D/A比)为1:1，如下所示
[0018][0019]进一步地，所述给体单元选自苯并[3,4
‑
b]二噻吩、噻吩、苯及其衍生物中的一种或多种。
[0020]进一步地，所述给体单元包括但不限于以下的结构之一：
[0021][0022]其中，R1为4
‑
烷硫基噻吩环或4
‑
烷硒基噻吩环。特别地，给体单元是苯并[3,4
‑
b]双噻吩或其衍生物。
[0023]进一步地，所述给体
‑
受体聚合物中，主链上的受体单元选自由苯并[c][1,2,5]噻二唑、苯并[c][1,2,5]噁二唑、异吲哚啉
‑
1,3
‑
二酮、喹喔啉、苯并[d][1,2,3]三唑、噻吩并[3,4
‑
c][1,2,5]噻二唑、噻吩并[3,4
‑
b]吡嗪、噻吩并[3,4
‑
b]噻吩、苯并[1,2
‑
c:4,5
‑
c']双([1,2,5]噻二唑)、[1,2,5]噻二唑并[3,4
‑
g]喹喔啉、吡嗪并[2,3
‑
g]喹喔啉、[3,3'
‑
二吲哚亚基]‑
2,2'
‑
二酮、二酮吡咯并吡咯、噻吩并吡咯二酮、噻吩并异吲哚以及具有未取代或烷基取代的噻吩或未取代或烷基取代的噻吩并[2,3
‑
b]噻吩作为其桥连基团的衍生物组成的组。
[0024]进一步地，所述受体单元包括但不限于以下的结构之一：
[0025][0026]特别地，共轭聚合物主链上的受体包括但不限于苯并[c][1,2,5]噻二唑、苯并[c][1,2,5]噁二唑、异吲哚
‑
1,3
‑
二酮、喹喔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种给体
‑
受体聚合物，其特征在于，所述给体
‑
受体聚合物中的基团，包括作为共轭侧链连接至所述给体
‑
受体聚合物的主链上的4
‑
烷硫基噻吩环和/或4
‑
烷硒基噻吩环；所述4
‑
烷硫基噻吩环的结构式为所述4
‑
烷硒基噻吩环的结构式为其中，R1选自氢原子、
‑
(CH2)
m
H、
‑
O(CH2)
m
H和
‑
S(CH2)
m
H中的一种或多种，m选自1～20范围内的整数；R2为
‑
(CH2)
n
H，n选自1～12范围内的整数。2.根据权利要求1所述给体
‑
受体聚合物，其特征在于，所述给体
‑
受体聚合物中，所述给体选自苯并[3,4
‑
b]二噻吩、噻吩、苯及其衍生物中的一种或多种。3.根据权利要求1所述给体
‑
受体聚合物，其特征在于，所述给体
‑
受体聚合物中，主链上的所述受体选自由苯并[c][1,2,5]噻二唑、苯并[c][1,2,5]噁二唑、异吲哚啉
‑
1,3
‑
二酮、喹喔啉、苯并[d][1,2,3]三唑、噻吩并[3,4
‑
c][1,2,5]噻二唑、噻吩并[3,4
‑
b]吡嗪、噻吩并[3,4
‑
b]噻吩、苯并[1,2
‑
c:4,5
‑
c']双([1,2,5]噻二唑)、[1,2,5]噻二唑并[3,4
‑
g]喹喔啉、吡嗪并[2,3
‑
g]喹喔啉、[3,3'
‑
二吲哚亚基]

【专利技术属性】
技术研发人员：梁永晔，杨庭斌，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：