專利名稱：一種聚合物半導體材料和制備方法及其用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及有機半導體材料制備技術領域，更具體的講，本發明涉及一種可應用于太陽能電池的立構規整噻吩齊聚物與苯并噻二唑以及芴、苯或者聯苯的嵌段共聚物及其制備方法。
背景技術：
21世紀以來隨著環境污染以及氣候變暖問題的加劇，全球性的能源問題日益凸顯，而太陽能因為具有分布普遍廣闊，資源數量多，無污染，清潔，安全以及獲取方便等突出優點而成為人們的希望；1992年Heeger及Yoshino兩小組分別獨立的發現了從聚合物到富勒烯存在著光誘導電子的轉移，而且該光誘導的電子轉移量子效率接近100%，各國科學家開始關注聚合物太陽能電池；經過近二十年的發展，人們在聚合物太陽能電池方面取得了飛速的進步，目前，聚合物太陽能電池的研究主要集中在給體-受體共混體系。·專利CN 100345888C描述了一種支鏈共軛聚噻吩衍生物材料的制備方法，將聚噻吩主鏈單元通過碳-碳雙鍵與另一個芳香環、芳香雜環、或者它們的衍生物相連接，得到支鏈共軛聚噻吩衍生物，這種材料具有規整的共軛的支鏈結構，且具有較低的能隙，可應用在有機場效應晶體管、聚合物太陽能電池等領域；專利CN 101597279 B描述了一種聚噻吩類化合物的制備方法及應用，采用側基接入給電子基團的方法，得到新型聚噻吩類化合物，是其主鏈的共軛長度增加，提高了聚合物的載流子遷移率和對太陽光的吸光度，該類化合物中存在含N的給電子基團，容易成膜，且提高了聚合物在膜中的結晶度，在制備太陽能電池中具有廣泛的應用；專利CN 101831056 B描述了一種高光轉化率的含氟聚噻吩光電材料及其制備方法，這種材料具有含氟聚噻吩受體-聚噻吩-聚噻吩給體的三嵌段高分子結構，其中含氟聚噻吩光電材料在聚噻吩結構中引入了強吸電子的含氟基團，提高了電子接受能力，合成的材料具有缺陷少、載流子損失率低和光轉化率高的特點，故可用于有機薄膜太陽能電池領域，成為一種制備高轉化率太陽能電池的理想材料；專利CN 101891879 A描述了一種聚噻吩衍生物的合成方法，通過引入強吸電子的二酰亞胺基團，降低了聚合物的HOMO能級，同時聚合物有良好的結晶性能，可使用于光電組件上，如有機薄膜晶體管、有機發光二極管或有機太陽能電池。本發明采用Suzuki偶合反應以噻吩齊聚物為推電子單元，苯并噻二唑為拉電子單元再引入可溶性的芴、苯或者聯苯形成D-π-A型共軛聚合物，這種聚合物具有規整的共軛結構，較低的能隙，較寬的吸收范圍，較高的光轉化效率以及良好的成膜性，應用于聚合物太陽能電池時具有較好的開路光電壓和光電轉換效率。
發明內容
本發明的目的在于提供一種以Suzuki反應法合成的一種新型的可應用于太陽能電池的立構規整噻吩齊聚物與苯并噻二唑以及芴、苯或者聯苯的嵌段共聚物及其制備方法。
本發明通過以下技術方案實現
一種聚合物半導體材料，其特征在于所述聚合物半導體材料的結構式如下
權利要求
1.一種聚合物半導體材料，其特征在于所述聚合物半導體材料的結構式如下..a 其中:x為O. 1-0.4，R為H或(CH2)yCH3,其中y數目為1-11，聚合度η為1-7 ;其中所 RlVRl 其中Rl為H或(CH2) ZCH3，其中ζ數目為1-11，所述聚合物半導體材料的數均分子量為5000-10000，其中 m 為 10-100。
2.如權利要求I所述的一種聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于按照下述步驟進行 (1)在反應容器中加入立構規整的噻吩齊聚物、4，7-二溴-2，I, 3-苯并噻二唑、芴、苯或者聯苯的二硼酸酯、催化劑、配體和弱堿，再向容器中加入溶劑，將反應容器抽真空后充氮氣，加熱至90°C，攪拌下反應12小時以上；再加入苯硼酸反應2小時，最后添加溴代苯反應2小時； (2)反應結束后，將所得產物依次加入甲醇沉淀、過濾回收沉淀、氯仿溶解沉淀物、過柱、旋轉蒸發儀蒸發濃縮、再加入甲醇沉淀、過濾回收沉淀、真空干燥處理，最終得到固體產品即為目標產物。
3.如權利要求2所述的一種聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于所述立構規整的噻吩齊聚物如下面的結構式I所示，其聚合度η為1-7，其中R為H或(CH2)xCH3, χ數目為1-11 ;所述4，7- 二溴-2，I, 3-苯并噻二唑如下面的結構式II所示；所述芴、苯以及聯苯的二硼酸酯分別如下面的結構式III、IV以及V所示，其中Rl為H或(CH2)ZCH3，其中ζ數目為1-11 ; rHh,、n. rIvRi IIIIII
4.如權利要求2所述的一種聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于所述噻吩齊聚物和4，7- 二溴-2，I, 3-苯并噻二唑的投料比為χ (O. 5-x)，χ為O. 1-0. 4，噻吩齊聚物和4，7- 二溴-2，I, 3-苯并噻二唑總量與芴、苯或者聯苯的二硼酸酯的投料比為1:1。
5.如權利要求2所述的一種聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于所述的催化劑為鈀催化劑，具體為Pd (OAC) 2，PdCl2 (dppf)或Pd (PPh3) 4 ;噻吩齊聚物、4，7- 二溴-2，1，3-苯并噻二唑和芴、苯或者聯苯的二硼酸酯總量與催化劑的摩爾比為I :O.003-0. 1，其中所述的三種物質總量與催化劑的最佳配比為I :0. 04。
6.如權利要求2所述的一種聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于所述的配體為三環己基膦氟硼酸鹽、三環己基膦、三叔丁基膦、三苯基膦或三乙烯二胺，配體與催化劑的摩爾比為4-12 lo
7.如權利要求2所述的一種聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于所述的堿為質量分數為5%-50%的四甲基氫氧化銨水溶液、質量分數為5%-50%的四丁基氫氧化銨水溶液、質量分數為5%-50%的四乙基氫氧化銨水溶液、質量分數為5%-50%的四丙基氫氧化銨水溶液、質量分數為5%-50%的四己基氫氧化銨水溶液、質量分數為5%-50%的四辛基氫氧化銨水溶液、醋酸鉀或碳酸鉀，堿與芴、苯或聯苯的二硼酸酯的摩爾比為4-12 :1。
8.如權利要求2所述的一種聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于所述溶劑為苯、甲苯或二甲苯，其用量為使噻吩齊聚物、4，7- 二溴-2，I, 3-苯并噻二唑和芴、苯或聯苯的二硼酸酯總量的摩爾濃度在O. 1-0. 5mol/L。
9.如權利要求2所述的一種聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于所述苯硼酸的用量為與噻吩齊聚物和4，7- 二溴-2，I, 3-苯并噻二唑總量的摩爾比為I: I ;溴代苯的用量為與芴、苯或者聯苯的二硼酸酯的摩爾比為I :1。
10.如權利要求I所述的一種聚合物半導體材料在制備聚合物太陽能電池中的用途。
全文摘要
本發明涉及有機半導體材料制備技術領域，更具體的講，本發明涉及一種可應用于太陽能電池的立構規整噻吩齊聚物與苯并噻二唑以及芴、苯或者聯苯的嵌段共聚物及其制備方法。本發明采用Suzuki偶合反應以噻吩齊聚物為推電子單元，苯并噻二唑為拉電子單元再引入可溶性的芴、苯或者聯苯形成D-π-A型共軛聚合物，這種聚合物具有規整的共軛結構，較低的能隙，較寬的吸收范圍，較高的光轉化效率以及良好的成膜性，應用于聚合物太陽能電池時具有較好的開路光電壓和光電轉換效率。
文檔編號H01L51/46GK102786669SQ20121026631
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者李堅, 米衡 申請人:常州大學