一种带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3,4-b]噻吩共轭聚合物材料、其制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种侧链带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3,4-b]噻吩共轭聚合物材料，本发明为共轭聚合物提供了及其优良的溶解性能，使其可以在非芳香非卤的安全环保的有机溶剂中进行溶液加工，本发明提供的共轭聚合物可应用于聚合物太阳能电池和聚合物场效应晶体管。
【专利说明】—种带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3,4-b]噻吩共轭聚合物材料、其制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物材料及其制备方法，以及该共轭聚合物在聚合物光电功能器件中的应用。
【背景技术】
[0002]近年来，随着能源危机的问题日益凸显，对太阳能的收集和利用成为了科学界研究的热点之一，尤其是聚合物太阳能电池凭借其造价成本低，生产能耗少，可大面积印刷制作柔性可卷曲器件等诸多优势更获得了人们的青睐。在众多科研工作者的共同努力下，随着一大批高效率的共轭聚合物的问世以及对聚合物太阳能电池器件结构的精心设计和改进，聚合物太阳能电池的光电转换效率已提高到了 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阳能电池的巨大的商业价值。
[0003]然而，尽管上述材料都实现了较高的光电转换效率，但是就目前的发展状况而言，聚合物太阳能电池在其制作工艺中始终存在着一项不容忽视的问题，那就是为了解决用作光电活性层的共轭聚合物材料的溶液加工问题，在器件制作过程中，溶剂的选择往往都不得不选用对环境污染较大且对人体毒害性很强的芳香性溶剂，如氯苯、邻二氯苯、三氯苯、甲苯等。这类溶剂在世界上大部分国家和地区，尤其是欧洲国家，已被法令禁止在大规模工业化生产中使用，这在很大程度上限制了聚合物太阳能电池在商业化道路上的进一步发展。
`[0004]基于此，本发明在用作聚合物太阳能电池光电活性层的共轭聚合物的侧链上引入了不同聚合度的聚乙二醇单甲醚基团，试图利用该类基团优异的溶解性能，极大程度地提高共轭聚合物的溶解性，实现聚合物太阳能电池在非芳香非卤溶剂中的溶液加工，使得其整个生产过程更加绿色环保，并且对人体无毒害性。同时，利用非芳香非卤溶剂的加工条件，还能进一步缩减聚合物太阳能电池的生产加工成本，更大程度上实现其商业价值的最大化。
【发明内容】
[0005]本发明提供可在非芳香非卤溶剂中溶液加工的带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物。本发明为共轭聚合物提供了及其优良的溶解性能，使其可以在非芳香非卤的安全环保的有机溶剂中进行溶液加工，本发明提供的共轭聚合物可应用于聚合物太阳能电池和聚合物场效应晶体管。
[0006]本发明的目的之一在于提供一类带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物材料及其制备方法。[0007]本发明的目的之二在于提供此类带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物材料在聚合物太阳能电池领域里的应用。
[0008]本发明通过如下技术方案实现:
[0009]一种带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物，其特征在于，所述聚合物具有如式I所示的结构:
[0010]
【权利要求】
1.一种带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物，其特征在于，所述聚合物具有如式I所示的结构:
2.根据权利要求1的共轭聚合物，所述基团Y分别与噻吩并[3，4-b]噻吩和聚乙二醇单甲醚侧链以单键连接。
3.根据权利要求1或2的共轭聚合物，其特征在于，所述共轭聚合物选自如下式II的聚合物:
4.一种权利要求1-3任一项所示的带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物的制备方法，其特征在于，所述方法包含将式III所示的化合物和如式IV所示的化合物在合适的溶剂中，以适当的催化剂催化发生缩合聚合反应，得到所述共轭聚合物，
5.根据权利要求4的制备方法，其特征在于，所述方法中，所述溶剂选自四氢呋喃(THF)、N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)、甲苯、氯苯或由上述溶剂组成的混合溶剂。 所述催化剂选自含有金属钯Pd的金属化合物或络合物，如四三苯基膦钯、二(三苯基膦)二氯化钯、醋酸钯、双(二亚苄基丙酮)钯等。 所述催化剂用量与反应原料的摩尔比通常在0.1%至10%之间，但不局限于此范围。优选为0.5%或2%。 所述反应通常在惰性气体，如氮气、氩气等的保护下进行。所述反应温度通常为80摄氏度至200摄氏度之间，优选为110摄氏度或130摄氏度。所述聚合方法的反应时间通常为4小时至72小时之间，但不局限于此范围。优选为24小时或36小时。
6.根据权利要求4或5的制备方法，其特征在于，所述式(III)通过如下方法制备: 将4，6-二溴噻吩并[3，4-b]噻吩-2-甲酸和聚乙二醇单甲醚溶解于有机溶剂(如二氯甲烷)中，随后加入二环己基碳二亚胺(DCC)、4_ 二甲氨基吡啶(DMAP)作为反应催化剂，室温下维持反应(优选24小时)，以醚(优选石油醚)为淋洗剂过柱色谱分离，得到式(III)的4，6-二溴噻吩并[3，4-b]噻吩-2-羧酸聚乙二醇单甲醚酯。
7.式(I1-1)所示共轭聚合物(PBDTTT-TEG)的制备方法，其特征在于，所述方法包括，
8.一种聚合物太阳能电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-3任一项所示的聚合物。
9.权利要求1-3任一项所示的带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物在聚合物太阳能中的应用。
10.权利要求1-3任一项所示的带有聚乙二醇单甲醚侧链的噻吩并[3，4-b]噻吩共轭聚合物在聚合物光电功能器件中的应用。 优选地，所述聚合物光电功能器件包括聚合物光伏器件、聚合物场效应晶体管以及聚合物发光二 极管。
【文档编号】C07D519/00GK103804659SQ201410053489
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】侯剑辉, 陈宇, 张少青 申请人:中国科学院化学研究所