專利名稱：9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)和燃燒化石燃料造成的環(huán)境污染的日益加深，對(duì)可再生能源的開發(fā)受到了更多的關(guān)注。聚合物太陽能電池由于其制備過程簡單、成本低、重量輕和可制備成柔性器件等突出優(yōu)點(diǎn)，近年來成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，當(dāng)前聚合物太陽能電池研究的焦點(diǎn)是開發(fā)高效的共軛聚合物給體和受體材料來提高其光電能量轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于充當(dāng)電子給體的聚合物材料而言，材料的吸收光譜決定了器件的短路電流，材料的HOMO能級(jí)決定了器件的開路電壓，材料的結(jié)構(gòu)和載流子遷移率決定了器件的填充因子。為了獲得性能良好的給體聚合物材料，將富電子單元(D)與缺電子單元(A)交替引入共軛聚合物的主鏈形成的給-受體(D-A-D)型聚合物成為目前給體聚合物研究的重點(diǎn)。喹喔啉及其衍生物作為一類新型的缺電單元，近年來備受關(guān)注并取得良好的性能，例如曹鏞等合成PECz-DTQX，與PCBM共混，光電轉(zhuǎn)化效率為達(dá)到6. 07%,[先進(jìn)材料Adv.Mater. 2011，23(27)，3086-3089]。為了進(jìn)一步提高聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，在保證大的短路電流的前提下，增強(qiáng)器件的開路電壓是必然的選擇。近年來的研究表明，將具有強(qiáng)拉電性能的氟原子引入給體聚合物的受體單元可以有效降低材料的最高占有軌道能量(HOMO能)，進(jìn)而可以提升電池的開路電壓。如2009年，Hou Jianhui等人通過在PBDTTT-C的受體單元上引入拉電基團(tuán)F原子得到聚合物PBDTTT-CF，材料的HOMO能由-5. 12eV降低到了 _5. 22eV,開路電壓由 O. 7V 提高到了 O. 76V[Nat. Photon. 2009，3，649-653]。2010 年，L uping Yu等人在其研發(fā)的給體材料PTBR)的受體單元上引入氟原子，得到聚合物PTBF1，材料的HOMO 能由-4. 94eV 降低到了 -5. 15eV,開路電壓由 O. 58V 提高到了 O. 74V[J. Am. Chem.Soc.2011， 133， 1885-1894]。鑒于以上所述氟原子對(duì)材料性能的影響，在喹喔啉這種缺電子單元上引入氟原子制備新型的含氟D-A-D型給體聚合物有望進(jìn)一步降低HOMO能，提升開路電壓，從而提高器件光伏性能，但是迄今還未見有關(guān)此類材料的結(jié)構(gòu)、制備方法及其應(yīng)用于光伏電池中的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，該共軛聚合物由9-十七烷基-2，7-咔唑作為給電單元，雙溴取代氟代喹喔啉單體作為缺電單元，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)制得，能夠用于本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的給體材料。該聚合物由于在缺電子單元喹喔啉上引入了強(qiáng)的吸電子基團(tuán)氟原子，能夠有效降低材料HOMO能級(jí)，從而提升聚合物光伏電池的開路電壓。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案一種9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，所述共軛聚合物的結(jié)構(gòu)通式如式I所示
權(quán)利要求
1.一種9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)通式如式I所示
2.如權(quán)利要求I所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式II所示
3.如權(quán)利要求I所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式III所示
4.如權(quán)利要求I所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式IV所示
5.如權(quán)利要求I所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式V所示
6.如權(quán)利要求I所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式VI所示
7.如權(quán)利要求I所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式νπ所示
8.如權(quán)利要求I所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式珊所示
9.如權(quán)利要求I所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物，其特征在于，該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式IX所示
10.權(quán)利要求1-9中任一所述的9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉的共軛聚合物在制備聚合物光伏電池中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬有機(jī)聚合物功能材料領(lǐng)域，具體為一種9-十七烷基咔唑與氟代喹喔啉衍生物的共軛聚合物，其結(jié)構(gòu)通式如下式所示該共軛聚合物由9-十七烷基-2,7-咔唑作為給電單元，雙溴取代氟代喹喔啉單體作為缺電單元，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)制得，能夠用于本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的給體材料。由于在缺電子單元喹喔啉上引入了強(qiáng)的吸電子基團(tuán)氟原子，可以有效降低材料HOMO能級(jí)，從而提升聚合物光伏電池的開路電壓。利用循環(huán)伏安測定，與未氟代喹喔啉-9-十七烷基取代咔唑聚合物進(jìn)行比較，單氟代聚合物的HOMO能級(jí)較未氟代的低0.02-0.2eV，雙氟代聚合物的HOMO能較未氟代的低0.05～0.3eV。上述氟代材料與PCBM共混應(yīng)用于本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池光活性層中，器件的開路電壓在0.6～1.0V。
文檔編號(hào)H01L51/46GK102827356SQ201210316918
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者高潮, 劉紅利, 武海梅, 劉建群, 王戶生, 安忠維, 陳鍵 申請(qǐng)人:西安近代化學(xué)研究所