專利名稱：一種二維共軛苯并二呋喃類共軛聚合物材料及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二維共軛苯并二呋喃類共軛聚合物材料及其制備方法與應用
背景技術：
太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源，在化石能源日益枯竭、環(huán)境污染日漸嚴重的今天，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池的研究成為各國尤為關注的高新技術之一。近年來，有機(包括聚合物)光伏器件因其具有重量輕、成本低以及可以制成柔性大面積器件等突出優(yōu)點，成為太陽能電池的研究熱點，其最高能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達到7-8%， (Lijun Huo, Shaoqing Zhang, Xia Guo, Feng Xu, Yongfang Li, and Jianhui Hou Angew. Chem. Int. Ed. 2011,50,9697-9702 ；SamueI C. Price, Andrew C. Stuart, Liqiang Yang， Huaxing Zhou, Wei You，J. Am. Chem. Soc. 2011,133,4625-4631 ;Ta_Ya Chu, Jianping Lu， Serge Beaupre, Yanguang Zhang, Jean-Remi Pouliot，Salem Wakim, Jiayun Zhou, Mario Leclerc，Zhao Li，Jianfu Ding，Ye Tao，J. Am. Chem. Soc. 2011,133,4250-4253 ；Yongye LiangiZheng Xu,Jiangbin Xia，S zu-Ting TsaiiYue WuiGang LiiClaire Ray,Luping Yu, Adv. Mater. 2010，22，E135-E138 ;Hsiang_Yu Chen, Jianhui Hou, Shaoqing Zhang, Yongye Liang,Guanwen Yang，Yang Yang,Luping Yu，YueWu，Gang Li NATURE PHOTONICS，2009，3， 649-653)讓人們看到有機(包括聚合物)太陽能電池可商業(yè)化應用的前景。但其相對于無機半導體太陽能電池的效率而言還相當?shù)?，且性能還不穩(wěn)定。為了提高其能量轉(zhuǎn)換效率，從材料合成、器件結(jié)構(gòu)、器件制備等角度入手，眾多的化學家、物理學家和材料學家對聚合物太陽能電池進行了深入的研究后發(fā)現(xiàn)，制約其能量轉(zhuǎn)換效率的主要因素是電池的光譜響應范圍與太陽光地面輻射光譜不匹配、載流子的遷移率不高以及電極對其收集效率低等。而作為聚合物太陽能電池的主要組成部分，光活性層材料的改進、尤其是共軛聚合物材料的結(jié)構(gòu)和性能改進是聚合物太陽能電池研究的一個重點。近年來，大量用于光敏活性層的共軛聚合物材料被設計、合成出來，并被應用到光伏器件中。在某些方面的光伏性能有所突破，為以后實現(xiàn)高效率、可商業(yè)化的有機光伏電池打下堅實的基礎。從高效有機聚合物光伏材料發(fā)展至今，有一類共軛結(jié)構(gòu)苯并二噻吩單元(簡稱 BDT)的平面性很好，分子鏈間較強的PI-PI堆積更容易形成高遷移率。利用這種平面對稱性且高遷移率的特性，將它引入到有機光伏材料的分子中，獲得了高效率的光伏器件。 (Lijun Huo, Shaoqing Zhang, Xia Guo, Feng Xu, Yongfang Li，and Jianhui Hou Angew. Chem. Int. Ed. 2011,50,9697-9702 ；Yongye Liang, Zheng Xu, Jiangbin Xia，Szu-Ting TsaiiYue WuiGang Li,Claire Ray,Luping Yu,Adv. Mater. 2010,22,E135-El38 ；Hsiang-Yu Chen，Jianhui Hou，Shaoqing Zhang,Yongye Liang,Guanwen Yang，Yang Yang，Luping Yu, YueWu, Gang Li NATURE PHOTONIC S，2009，3，649-653 ；Zhicai He， Chengmei Zhong， Xun Huang, Wai-Yeung Wong, Hongbin Wu, Liwei Chen, Shijian Su, Yong Cao, DOI :10.1002/ adma. 201103006)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二維共軛苯并二呋喃類聚合物光電材料及其制備方法。本發(fā)明所提供的聚合物，其結(jié)構(gòu)式如式I所示
權利要求
1.結(jié)構(gòu)式如式I所示的聚合物
2.根據(jù)權利要求I所述的聚合物，其特征在于所述式I中所述Ai^Ar2獨立地代表下述基團中的任意一種，且Ar1與苯環(huán)和Rl分別以單鍵相連，以及Ar2與苯環(huán)和R2分別以單鍵相連
3.根據(jù)權利要求I所述的聚合物，其特征在于所述式I中所述Ar為下述I)-3)中的任意一種1)式I中所述Ar選自未取代或取代的具有獨立地選自氮、硫和硒的I至6個雜原子的單環(huán)、雙環(huán)或三環(huán)雜亞芳基，其中，Ar任選被苯基、烷基或硝基取代，或Ar基團上的兩個相鄰碳原子被取代以一起形成乙撐二氧基；2)式I中所述Ar為含有S的單環(huán)雜亞芳基與亞芳基或雜亞芳基的稠環(huán)基團；3)式I中所述Ar為含有I至4個氮原子的單環(huán)雜亞芳基；式I中所述Ar優(yōu)選自未取代或取代的如下基團
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的聚合物，其特征在于所述式I所示的聚合物為式II所示的聚合物
5.根據(jù)權利要求4所述的聚合物，其特征在于所述式II中RjPR2均獨立地選自具有 4-20個碳原子的烷基或具有4-20個碳原子的烷氧基，且Ar為含N和/或S的雜亞芳基。
6.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的聚合物，其特征在于所述式I所示的聚合物為式III所示的聚合物
7.根據(jù)權利要求6所述的聚合物，其特征在于所述式III中所述八1*3選自下述基團中的任意一種
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的聚合物，其特征在于所述聚合物的數(shù)均分子量為1000至1，000，000，優(yōu)選的數(shù)均分子量為3000至500，000，進一步優(yōu)選的數(shù)均分子量為 20，000 至 200，000。
9.制備權利要求1-8中任一項所述的式I所示聚合物的方法，包括下述步驟式IV所示的化合物和式V所示的化合物在催化劑的作用下發(fā)生共聚反應，得到式I所示聚合物；
10.一種半導體組合物，由權利要求1-8中任一項所述的式I所示聚合物和摻加劑組成；所述摻加劑選自富勒烯或其衍生物中的至少一種；所述富勒烯或其衍生物具體為[6，6]-苯基C61 丁酸甲酯或[6，6]_苯基C71 丁酸甲酯或含茚富勒烯。
11.權利要求1-8中任一項所述的式I所示聚合物或權利要求10所述的半導體組合物在制備下述器件中的應用薄膜半導體器件、電化學器件、光伏器件和光電器件；所述器件具體為聚合物太陽能電池器件或光檢測器器件，所述聚合物太陽能電池器件進一步為包含本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池器件。
12.一種光伏器件，包括空穴收集層、電子收集層、以及空穴收集層和電子收集層之間的光伏材料層；所述光伏材料層中包括權利要求1-8中任一項所述的式I所不聚合物或權利要求10所述的半導體組合物；所述光伏器件優(yōu)選聚合物太陽能電池器件。
13.一種光電器件，包括第一電極、與所述第一電極間隔開的第二電極、以及在所述第一電極和第二電極之間設置的至少一層活性材料層；所述活性材料層中含有權利要求1-8 中任一項所述的式I所示聚合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維共軛苯并二呋喃類聚合物光電材料及其制備方法與應用。該聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示，其中，A1，A2，R1和R2均獨立地代表下述基團中的任意一種氫，具有1-30個碳原子的烷基，具有1-30個碳原子的烷氧基，氰基，硝基，酯基，芳基，芳烷基，鹵素，鹵代烷基，雜烷基，烯基，和單鍵、雙鍵、三鍵或其組合的取代基取代的芳基；Ar1，Ar2，Ar獨立地代表未取代或含有取代基的下述基團中的任意一種亞乙烯基、亞乙炔基、單環(huán)亞芳基、雙環(huán)亞芳基、含至少三個環(huán)的亞芳基、單環(huán)雜亞芳基、雙環(huán)雜亞芳基、含至少三個環(huán)的雜亞芳基的共軛單元，n為5-500之間的自然數(shù)。本發(fā)明的聚合物材料可應用于光電領域如有機太陽能電池和高遷移場效應管領域。(式I)
文檔編號C08G61/12GK102585175SQ20121001251
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權日2012年1月16日
發(fā)明者侯劍輝, 霍利軍 申請人:中國科學院化學研究所