專利名稱：一種聚合物半導(dǎo)體材料和制備方法及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體的講，本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的立構(gòu)規(guī)整噻吩齊聚物與苯并噻二唑以及芴、苯或者聯(lián)苯的嵌段共聚物及其制備方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)以來隨著環(huán)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(yáng)能因?yàn)榫哂蟹植计毡閺V闊，資源數(shù)量多，無污染，清潔，安全以及獲取方便等突出優(yōu)點(diǎn)而成為人們的希望；1992年Heeger及Yoshino兩小組分別獨(dú)立的發(fā)現(xiàn)了從聚合物到富勒烯存在著光誘導(dǎo)電子的轉(zhuǎn)移，而且該光誘導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移量子效率接近100%，各國(guó)科學(xué)家開始關(guān)注聚合物太陽(yáng)能電池；經(jīng)過近二十年的發(fā)展，人們?cè)诰酆衔锾?yáng)能電池方面取得了飛速的進(jìn)步，目前，聚合物太陽(yáng)能電池的研究主要集中在給體-受體共混體系?！＠鸆N 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(gè)芳香環(huán)、芳香雜環(huán)、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(guī)整的共軛的支鏈結(jié)構(gòu)，且具有較低的能隙，可應(yīng)用在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、聚合物太陽(yáng)能電池等領(lǐng)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(yīng)用，采用側(cè)基接入給電子基團(tuán)的方法，得到新型聚噻吩類化合物，是其主鏈的共軛長(zhǎng)度增加，提高了聚合物的載流子遷移率和對(duì)太陽(yáng)光的吸光度，該類化合物中存在含N的給電子基團(tuán)，容易成膜，且提高了聚合物在膜中的結(jié)晶度，在制備太陽(yáng)能電池中具有廣泛的應(yīng)用；專利CN 101831056 B描述了一種高光轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，其中含氟聚噻吩光電材料在聚噻吩結(jié)構(gòu)中引入了強(qiáng)吸電子的含氟基團(tuán)，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(zhuǎn)化率高的特點(diǎn)，故可用于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，成為一種制備高轉(zhuǎn)化率太陽(yáng)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(qiáng)吸電子的二酰亞胺基團(tuán)，降低了聚合物的HOMO能級(jí)，同時(shí)聚合物有良好的結(jié)晶性能，可使用于光電組件上，如有機(jī)薄膜晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管或有機(jī)太陽(yáng)能電池。本發(fā)明采用Suzuki偶合反應(yīng)以噻吩齊聚物為推電子單元，苯并噻二唑?yàn)槔娮訂卧僖肟扇苄缘能獭⒈交蛘呗?lián)苯形成D-π-A型共軛聚合物，這種聚合物具有規(guī)整的共軛結(jié)構(gòu)，較低的能隙，較寬的吸收范圍，較高的光轉(zhuǎn)化效率以及良好的成膜性，應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池時(shí)具有較好的開路光電壓和光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以Suzuki反應(yīng)法合成的一種新型的可應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的立構(gòu)規(guī)整噻吩齊聚物與苯并噻二唑以及芴、苯或者聯(lián)苯的嵌段共聚物及其制備方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種聚合物半導(dǎo)體材料，其特征在于所述聚合物半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.一種聚合物半導(dǎo)體材料，其特征在于所述聚合物半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)式如下..a 其中:x為O. 1-0.4，R為H或(CH2)yCH3,其中y數(shù)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(shù)目為1-11，所述聚合物半導(dǎo)體材料的數(shù)均分子量為5000-10000，其中 m 為 10-100。
2.如權(quán)利要求I所述的一種聚合物半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于按照下述步驟進(jìn)行 (1)在反應(yīng)容器中加入立構(gòu)規(guī)整的噻吩齊聚物、4，7-二溴-2，I, 3-苯并噻二唑、芴、苯或者聯(lián)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(yīng)容器抽真空后充氮?dú)?，加熱?0°C，攪拌下反應(yīng)12小時(shí)以上；再加入苯硼酸反應(yīng)2小時(shí)，最后添加溴代苯反應(yīng)2小時(shí)； (2)反應(yīng)結(jié)束后，將所得產(chǎn)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(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)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(chǎn)品即為目標(biāo)產(chǎn)物。
3.如權(quán)利要求2所述的一種聚合物半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于所述立構(gòu)規(guī)整的噻吩齊聚物如下面的結(jié)構(gòu)式I所示，其聚合度η為1-7，其中R為H或(CH2)xCH3, χ?jǐn)?shù)目為1-11 ;所述4，7- 二溴-2，I, 3-苯并噻二唑如下面的結(jié)構(gòu)式II所示；所述芴、苯以及聯(lián)苯的二硼酸酯分別如下面的結(jié)構(gòu)式III、IV以及V所示，其中Rl為H或(CH2)ZCH3，其中ζ數(shù)目為1-11 ; rHh,、n. rIvRi IIIIII
4.如權(quán)利要求2所述的一種聚合物半導(dǎo)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(lián)苯的二硼酸酯的投料比為1:1。
5.如權(quán)利要求2所述的一種聚合物半導(dǎo)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(lián)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(zhì)總量與催化劑的最佳配比為I :0. 04。
6.如權(quán)利要求2所述的一種聚合物半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于所述的配體為三環(huán)己基膦氟硼酸鹽、三環(huán)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(quán)利要求2所述的一種聚合物半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于所述的堿為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-50%的四甲基氫氧化銨水溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-50%的四丁基氫氧化銨水溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-50%的四乙基氫氧化銨水溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-50%的四丙基氫氧化銨水溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-50%的四己基氫氧化銨水溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(lián)苯的二硼酸酯的摩爾比為4-12 :1。
8.如權(quán)利要求2所述的一種聚合物半導(dǎo)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(lián)苯的二硼酸酯總量的摩爾濃度在O. 1-0. 5mol/L。
9.如權(quán)利要求2所述的一種聚合物半導(dǎo)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(lián)苯的二硼酸酯的摩爾比為I :1。
10.如權(quán)利要求I所述的一種聚合物半導(dǎo)體材料在制備聚合物太陽(yáng)能電池中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機(jī)半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體的講，本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的立構(gòu)規(guī)整噻吩齊聚物與苯并噻二唑以及芴、苯或者聯(lián)苯的嵌段共聚物及其制備方法。本發(fā)明采用Suzuki偶合反應(yīng)以噻吩齊聚物為推電子單元，苯并噻二唑?yàn)槔娮訂卧僖肟扇苄缘能?、苯或者?lián)苯形成D-π-A型共軛聚合物，這種聚合物具有規(guī)整的共軛結(jié)構(gòu)，較低的能隙，較寬的吸收范圍，較高的光轉(zhuǎn)化效率以及良好的成膜性，應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池時(shí)具有較好的開路光電壓和光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L51/46GK102786669SQ20121026631
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者李堅(jiān), 米衡 申請(qǐng)人:常州大學(xué)