一种含有苯并三氮唑类共轭聚合物及其制备方法与在非富勒烯聚合物太阳能电池中的应用_3

文档序号:9762009阅读:来源:国知局
,真空干燥一天后得到紫红色固体粉末的 式P3所示聚合物,产率为98 %,GPC: Μη = 34 · 2K;Mw/Mn = 2 · 2 · Anal · Calcd for C77H93F2N3S8 (%) :C,66.78;H,7.24 ;N,3.24.Found(%) :(:,66.18^,7.084,3.36.? 匪 R(CDC13, 400MHz):5(ppm)7.54-7.46(br,8H),7.14(br,2H),3.35-2.76(br,2H),1.63-0.86(br, 81H).
[0110] 实施例4、式P4所示聚合物的合成
[0112] 按照上述反应方程式进行,取单体M5和M2各0.3mmol,将其溶于甲苯(8mL)和DMF (2mL)的混合溶剂后,用氩气排空气5分钟,再加入催化剂四(三苯基膦)钯(0)(20mg)后继续 排空气25分钟,然后在甲苯回流温度下聚合11小时后停止。将聚合物溶液冷却至室温,慢慢 地沉析到入甲醇(50mL)中,沉析出的固体聚合物在索氏提取器内依次用甲醇、正己烷来洗 脱。最后用三氯甲烷溶解后沉析到甲醇中,过滤,真空干燥一天后得到红色固体粉末的式P4 所示聚合物,产率为95 %,GPC: Μη = 24 · 2K; Mw/Mn = 2 · 5 · Anal · Calcd for C56H73F2N3O2S4 (%):C,66.18;H,7.46;N,4.26.Found(%):C,66.30;H,7.45;N,4.20.
[0113] 实施例5、式P5所示聚合物的合成
[0115] 按照上述反应方程式进行,取单体M6和M2各0.3mmol,将其溶于甲苯(8mL)和DMF (2mL)的混合溶剂后,用氩气排空气5分钟,再加入催化剂四(三苯基膦)钯(0)(20mg)后继续 排空气25分钟,然后在甲苯回流温度下聚合12小时后停止。将聚合物溶液冷却至室温,慢慢 地沉析到入甲醇(50mL)中,沉析出的固体聚合物在索氏提取器内依次用甲醇、正己烷来洗 脱。最后用三氯甲烷溶解后沉析到甲醇中,过滤,真空干燥一天后得到红色固体粉末的式P5 所示聚合物,产率为85 %,GPC: Μη = 26 · 4K;Mw/Mn = 2 · 9 · Anal · Calcd for C56H73F2N3S5( % ): C,68.18;H,7.46;N,4.26.Found(%):C,66.32;H,7.47;N,4.19.
[0116]实施例6、式P6所示聚合物的合成
[0118] 按照上述反应方程式进行,取单体M7和M8各0.3mmol,将其溶于甲苯(8mL)和DMF (2mL)的混合溶剂后,用氩气排空气5分钟,再加入催化剂四(三苯基膦)钯(0)(20mg)后继续 排空气25分钟,然后在甲苯回流温度下聚合12小时后停止。将聚合物溶液冷却至室温,慢慢 地沉析到入甲醇(50mL)中,沉析出的固体聚合物在索氏提取器内依次用甲醇、正己烷来洗 脱。最后用三氯甲烷溶解后沉析到甲醇中,过滤,真空干燥一天后得到紫红色固体粉末的式 P6所示聚合物,产率为95 %,GPC:Μη = 28 · OK;Mw/Mn = 2 · 3 · Anal · Calcd for C84H1Q9F2N3S10 (%):C,66.40;H,7.23;N,2.77.Found(%):C,66.29;H,7.40;N,2.66.
[0119] 实施例7、式P7所示聚合物
[0121] 按照上述反应方程式进行,取单体M7和M9各0.3mmol,将其溶于甲苯(8mL)和DMF (2mL)的混合溶剂后,用氩气排空气5分钟,再加入催化剂四(三苯基膦)钯(0)(20mg)后继续 排空气25分钟,然后在甲苯回流温度下聚合12小时后停止。将聚合物溶液冷却至室温,慢慢 地沉析到入甲醇(50mL)中,沉析出的固体聚合物在索氏提取器内依次用甲醇、正己烷来洗 脱。最后用三氯甲烷溶解后沉析到甲醇中,过滤,真空干燥一天后得到紫红色固体粉末的式 P7所示聚合物,产率为88%,GPC:Mn =22.3K;Mw/Mn = 2.4.Anal.Calcd for C96H133F2N3S10 (%):C,68.32;H,7.94;N,2.49.Found(%):C,68.26;H,7.80;N,2.55.
[0122] 实施例8、式P8所示聚合物
[0124] 按照上述反应方程式进行,取单体M10和Mil各0.3mmol,将其溶于甲苯(8mL)和DMF (2mL)的混合溶剂后,用氩气排空气5分钟,再加入催化剂四(三苯基膦)钯(0)(20mg)后继续 排空气25分钟,然后在甲苯回流温度下聚合12小时后停止。将聚合物溶液冷却至室温,慢慢 地沉析到入甲醇(50mL)中,沉析出的固体聚合物在索氏提取器内依次用甲醇、正己烷来洗 脱。最后用三氯甲烷溶解后沉析到甲醇中,过滤,真空干燥一天后得到紫红色固体粉末的式 P8所示聚合物,产率为88 %,GPC: Μη = 32 · OK;Mw/Mn = 1 · 4 · Anal · Calcd for C72H93F2N3S6 (%):C,70.25;H,7.60;N,3.40.Found(%):C,70.29;H,7.80;N,3.29.
[0125] 实施例9、本发明聚合物的成膜性和溶解性测试
[0126] 将实施例1~实施例8制备的聚合物P1~P8分别置在常见的几种有机溶剂中,如氯 苯、二氯苯、氯仿、甲苯、三氯苯、甲醇等。发现聚合物在氯化溶剂中具有良好的溶解性,但在 甲醇中不可溶。将聚合物P1~P8中任一种的二氯苯溶液旋涂在玻璃片上,均可制得高品质 的薄膜。
[0127] 实施例10、利用吸收光谱对其光学带隙进行测量
[0128] 将实施例1和2制备的聚合物在氯仿溶液和薄膜下测定的吸收光谱示于图2。聚合 物的光学带隙可由经验公式(Eg = 1240/λ吸收边)计算并示于表1中。
[0129] 表1聚合物Ρ1-Ρ3的光学吸收数据
[0131] 实施例1和2制备的聚合物Ρ1和Ρ2的最大吸收分别为594nm和600nm,吸收边分别在 638nm,648nm和634nm,对应的光学带隙是1.94eV,1.91eV和1.95eV。结果表明P1、P2和?3均 为典型的中等带隙聚合物材料。
[0132] 实施例11、利用电化学循环伏安法测定本发明的聚合物的最高分子未占有轨道 (HOMO)的测定。
[0133] 将实施例1、实施例2制备的聚合物P1、P2和P3(0.5mg)溶解在lmL氯仿中,然后向将 该溶液中滴加至工作电极如铂片上;使用〇. lmo 1 /L四丁基六氟磷酸铵的乙腈溶液作为电解 液;以铂丝作为对电极;以银丝作为参比电极。使用电化学循环伏安法测量在该体系中进 行。重复相同的程序以确定本发明其他聚合物的HOMO、LUM0能级。本发明实施例1、实施例2 制备的聚合物P1、P2的循环伏安数据示于图3。本发明实施例1和实施例2制备的聚合物P1、 P2和P3的HOMO能级分别是-5.13eV和-5.27eV和-5.26eV,这都保证了其在非富勒烯光伏器 件中的应用
[0134] 实施例12、利用热重分析(TGA)测定本发明的聚合物的热稳定性
[0135] 采用TGA-2050热重分析仪评估了本发明实施例1、实施例2制备的聚合物P1、P2在0 ~500°C温度范围内的稳定性。热失重曲线示于图4。结果显示经本发明实施例1、实施例2制 备的聚合物P1、P2和P3的热分解温度分别在298°C,326°C和345°C,这表明聚合物P1和P2可 以应用到多种光电器件,比如有机光伏器件。
[0136] 实施例13、制备常规结构的聚合物光伏器件
[0137] 将本发明制得的任一种聚合物与非富勒烯受体(ITIC)(分子结构示于图1)以重量 比为1:1共混溶解于二氯苯制备15g/l的共混活性层溶液。在透明氧化铟锡(ΙΤ0)衬底上制 备聚合物光伏器件。将常用的阳极修饰层聚3,4_亚乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PED0T: PSS)旋涂在ΙΤ0表面进行修饰,使用Dektak XT膜厚仪测试PED0T:PSS层的厚度为30nm。接着 上述共混的活性层溶液旋涂薄层。然后在大约l(T4Pa的压力下相继蒸镀钙和铝的薄层,得到 常规结构的聚合物光伏器件。在填充N 2的手套箱中使用AAA级太阳光模拟器AMI. 5G (1 OOmW/ cm2)的强度下队所制备聚合物光伏器件的开路电压、短路电流、填充因子和能量转换效率 进行测试。
[0138] 测试后的电流密度-电压曲线示于图6。其中P3开路电压为0.91V,短路电流为 14.95mA/cm2,填充因子为66.55 %,能量转换效率为9.15 %。如表2中所示。
[0139] 表2聚合物光伏器件的性能
[0142]本发明参照特定的实施方案和实施例进行描述。然而,本发明不局限于仅仅上述 的实施方案和实施例。本领域普通技术人员应认识到,基于本文的教导,在不偏离权利要求 书所限定的本发明的范围下可进行许多替代和改变。
【主权项】
1. 一种D-A型共辄聚合物,其结构式如式I所示,式中,R为碳原子数为1~30的直链或支链烷基; X为H、卤素、烷基、烷氧基、烧硫基、醋基、芳烷基或杂烷基,所
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