一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于聚合物太阳能电池材料研究和有机场效应晶体管材料研究领域，特别 涉及一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。有机太 阳能电池作为一种绿色、可再生能源的利用方法，具有价格低廉，质量轻便、易于大面积柔 性制备等优点，因此受到广大研究者们的青睐。基于有机共轭材料的本体异质结太阳能电 池已经取得了长足的进步，一系列新型的材料被合成出来并加以利用，能量转换效率已经 达到12. 0%，显示出有机太阳能电池的广阔应用前景。
【背景技术】
[0002] 除了提高有机太阳能电池的光电转换效率，如何延长有机太阳能电池的寿命将是 其推向商业应用不得不面对的问题。含氟原子的有机共轭聚合物有很重要的应用，这些分 子往往具有优异的热稳定性和氧化稳定性，耐腐蚀性，氟化物基底疏水疏油性以及氟化芳 香环的电子密度分布翻转的性能。这些优异的性质源于氟原子独一无二的特性：氟原子是 电负性最强的原子，数值达到4. 0,比氢原子的2. 2要大得多；同时氟原子又是最小的的吸 电子基团，它的范德华半径只有1.35 A，仅比氢原子（1.2 A)略大。更为重要的是，氟原子 的存在往往产生C-F…H(3.4-3.8A),F…S，C-. . . F，的相互作用，而这些相互作用将带 来显著的分子内或分子间的相互作用。氟取代的共轭聚合物在有机场效应管和有机发光二 级管中的应用已经有了一些研究。但是，在光伏材料的应用中，尤其是作为P型半导体，氟 取代的材料还比较少见。
[0003] 最近的一些研究表明，由于氟原子的引入，聚合物的HOMO和LUM0能级都有所降 低，同时材料的光学带隙基本保持不变。作为给体材料的聚合物具有较低的HOMO能级能够 使得光伏器件获得较高的的开路电压，同时填充因子和短路电流也有所增大。使用这些材 料制得的光伏器件的最高光电转换效率达到了 7-8%。但是这些研究中对于引入氟原子之 后材料在光伏器件中表现出的较高的短路电流和填充因子并没有给出解释。再者，氟原子 的引入大都在这些材料的受体单元上，诚然这将增强受体单元的吸电子能力，从而带来更 有效的分子内电荷转移作用，但是，根据分子轨道杂化理论，聚合物的HOMO能级更大程度 上依赖于给体的H0M0能级高低，将氟原子引入给体单元还鲜有研究。同时，给受体交替共 聚物的给体单元更容易被氧化而导致材料的老化，在给体上引入氟原子应该能够显著提高 材料的稳定性，从而延长材料的使用寿命，但是目前对于材料和器件稳定性及寿命方面的 研究还不够深入。由此可见，氟取代的交替共轭聚合物在光伏器件中的应用值得进行深入 的研究。
[0004] 基于以上的考虑，本发明公开了一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其 在有机光电子器件中的应用。本发明为一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在 有机光电子器件中的应用，聚合物结构如式I所示，该类具有很好的溶解性以及较宽的紫 外吸收，本发明涉及一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中 的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在公开一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器 件中的应用
[0006] 本发明中含氟咔唑双硼酸酯和基于其聚合物的制备方法如下：
【主权项】
1. 一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。
2. 权利要求1所述材料双氟咔唑双硼酸酯的结构。
3. 权利要求1所述材料含氟咔唑共轭聚合物的方法，主要步骤是： 氮气气氛下，以甲苯、四氢呋喃和NaHC03水溶液为溶剂，将4-(5_溴噻 吩-2-基）-7-(5-(5-己基噻吩-2-基）噻吩-2-基）苯并噻二唑和2, 7-二（4,4, 5, 5-四 甲基-1，3,2-二氧杂硼烷-2-基）-3,6_二氟-N-辛基咔唑，在四（三苯基膦）钯催化下 体系在氮气气氛下搅拌回流反应3天。加入苯硼酸反复充脱氮气继续回流4个小时，加入 溴苯反复充脱氮气继续回流6个小时，然后冷却体系，加入水和氯仿；用分液漏斗分出有机 层，用丙酮沉淀，然后将沉淀在溶解在少量的氯仿中，继续在丙酮中沉淀，反复该操作3次， 最后在高真空下干燥得到聚合物。
4. 权利要求1所述共轭聚合物在光电子器件中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用。目前，在给受体交替共聚物中，给体单元更容易被氧化而导致材料的老化，将氟原子引入给体单元还鲜有研究。同时，在给体上引入氟原子应该能够显著提高材料的稳定性，从而延长材料的使用寿命。本发明涉及一类基于含氟咔唑共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用，通式如式一所示。本发明的一类基于含氟咔唑具有非常好的平面性、较低的HOMO能级以及优异太阳光捕获能力和空穴传输能力，该类共轭聚合物溶液加工性、热稳定性、电荷传输性、吸光性好，是有机电子器件如太阳能电池、场效应晶体管和发光二极管中理想的有机半导体材料。其通式如上所示。
【IPC分类】H01L51-54, C08G61-12
【公开号】CN104629006
【申请号】CN201310560171
【发明人】李翠红, 危和狄, 薄志山
【申请人】北京师范大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月13日