一種帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3,4-b]噻吩共軛聚合物材料、其制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種側(cè)鏈帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3,4-b]噻吩共軛聚合物材料，本發(fā)明為共軛聚合物提供了及其優(yōu)良的溶解性能，使其可以在非芳香非鹵的安全環(huán)保的有機(jī)溶劑中進(jìn)行溶液加工，本發(fā)明提供的共軛聚合物可應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池和聚合物場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
【專利說明】—種帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3,4-b]噻吩共軛聚合物材料、其制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物材料及其制備方法，以及該共軛聚合物在聚合物光電功能器件中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著能源危機(jī)的問題日益凸顯，對(duì)太陽(yáng)能的收集和利用成為了科學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一，尤其是聚合物太陽(yáng)能電池憑借其造價(jià)成本低，生產(chǎn)能耗少，可大面積印刷制作柔性可卷曲器件等諸多優(yōu)勢(shì)更獲得了人們的青睞。在眾多科研工作者的共同努力下，隨著一大批高效率的共軛聚合物的問世以及對(duì)聚合物太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計(jì)和改進(jìn)，聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已提高到了 10 %左右(Zhicai He, et al, Nature Photonics.2012.6.591 - 595;Jingbi You,et al.NatureCommunication.2013.4.1446;Xia Guo，et al, Adv.Mater.2012.24，6536 - 654 ；LijunHuoj et al, Angew.Chem.1nt.Ed.2011，50，9697 - 9702.)，充分展示了聚合物太陽(yáng)能電池的巨大的商業(yè)價(jià)值。
[0003]然而，盡管上述材料都實(shí)現(xiàn)了較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但是就目前的發(fā)展?fàn)顩r而言，聚合物太陽(yáng)能電池在其制作工藝中始終存在著一項(xiàng)不容忽視的問題，那就是為了解決用作光電活性層的共軛聚合物材料的溶液加工問題，在器件制作過程中，溶劑的選擇往往都不得不選用對(duì)環(huán)境污染較大且對(duì)人體毒害性很強(qiáng)的芳香性溶劑，如氯苯、鄰二氯苯、三氯苯、甲苯等。這類溶劑在世界上大部分國(guó)家和地區(qū)，尤其是歐洲國(guó)家，已被法令禁止在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中使用，這在很大程度上限制了聚合物太陽(yáng)能電池在商業(yè)化道路上的進(jìn)一步發(fā)展。
`[0004]基于此，本發(fā)明在用作聚合物太陽(yáng)能電池光電活性層的共軛聚合物的側(cè)鏈上引入了不同聚合度的聚乙二醇單甲醚基團(tuán)，試圖利用該類基團(tuán)優(yōu)異的溶解性能，極大程度地提高共軛聚合物的溶解性，實(shí)現(xiàn)聚合物太陽(yáng)能電池在非芳香非鹵溶劑中的溶液加工，使得其整個(gè)生產(chǎn)過程更加綠色環(huán)保，并且對(duì)人體無(wú)毒害性。同時(shí)，利用非芳香非鹵溶劑的加工條件，還能進(jìn)一步縮減聚合物太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)加工成本，更大程度上實(shí)現(xiàn)其商業(yè)價(jià)值的最大化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供可在非芳香非鹵溶劑中溶液加工的帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物。本發(fā)明為共軛聚合物提供了及其優(yōu)良的溶解性能，使其可以在非芳香非鹵的安全環(huán)保的有機(jī)溶劑中進(jìn)行溶液加工，本發(fā)明提供的共軛聚合物可應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池和聚合物場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0006]本發(fā)明的目的之一在于提供一類帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物材料及其制備方法。[0007]本發(fā)明的目的之二在于提供此類帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物材料在聚合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域里的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]一種帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物，其特征在于，所述聚合物具有如式I所示的結(jié)構(gòu):
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物，其特征在于，所述聚合物具有如式I所示的結(jié)構(gòu):
2.根據(jù)權(quán)利要求1的共軛聚合物，所述基團(tuán)Y分別與噻吩并[3，4-b]噻吩和聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈以單鍵連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的共軛聚合物，其特征在于，所述共軛聚合物選自如下式II的聚合物:
4.一種權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所示的帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物的制備方法，其特征在于，所述方法包含將式III所示的化合物和如式IV所示的化合物在合適的溶劑中，以適當(dāng)?shù)拇呋瘎┐呋l(fā)生縮合聚合反應(yīng)，得到所述共軛聚合物，
5.根據(jù)權(quán)利要求4的制備方法，其特征在于，所述方法中，所述溶劑選自四氫呋喃(THF)、N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)、甲苯、氯苯或由上述溶劑組成的混合溶劑。 所述催化劑選自含有金屬鈀Pd的金屬化合物或絡(luò)合物，如四三苯基膦鈀、二(三苯基膦)二氯化鈀、醋酸鈀、雙(二亞芐基丙酮)鈀等。 所述催化劑用量與反應(yīng)原料的摩爾比通常在0.1%至10%之間，但不局限于此范圍。優(yōu)選為0.5%或2%。 所述反應(yīng)通常在惰性氣體，如氮?dú)?、氬氣等的保護(hù)下進(jìn)行。所述反應(yīng)溫度通常為80攝氏度至200攝氏度之間，優(yōu)選為110攝氏度或130攝氏度。所述聚合方法的反應(yīng)時(shí)間通常為4小時(shí)至72小時(shí)之間，但不局限于此范圍。優(yōu)選為24小時(shí)或36小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的制備方法，其特征在于，所述式(III)通過如下方法制備: 將4，6-二溴噻吩并[3，4-b]噻吩-2-甲酸和聚乙二醇單甲醚溶解于有機(jī)溶劑(如二氯甲烷)中，隨后加入二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)、4_ 二甲氨基吡啶(DMAP)作為反應(yīng)催化劑，室溫下維持反應(yīng)(優(yōu)選24小時(shí))，以醚(優(yōu)選石油醚)為淋洗劑過柱色譜分離，得到式(III)的4，6-二溴噻吩并[3，4-b]噻吩-2-羧酸聚乙二醇單甲醚酯。
7.式(I1-1)所示共軛聚合物(PBDTTT-TEG)的制備方法，其特征在于，所述方法包括，
8.一種聚合物太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電池包括權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所示的聚合物。
9.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所示的帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物在聚合物太陽(yáng)能中的應(yīng)用。
10.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所示的帶有聚乙二醇單甲醚側(cè)鏈的噻吩并[3，4-b]噻吩共軛聚合物在聚合物光電功能器件中的應(yīng)用。 優(yōu)選地，所述聚合物光電功能器件包括聚合物光伏器件、聚合物場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及聚合物發(fā)光二 極管。
【文檔編號(hào)】C07D519/00GK103804659SQ201410053489
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】侯劍輝, 陳宇, 張少青 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所