含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于有机半导体材料，其公开了一种含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料及其制备方法和应用；该半导体材料具有如下结构式：式中，R1为C4-C40的烷基；R2为C1-C40的烷基或C7-C11的苯烷基；n为10-100的整数。本发明提供一种含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料，其亚烷基芴中的9位上是sp2杂化的碳原子，它与普通的sp3杂化的烷基芴相比，有更好的共轭平面性，用它来作为有机光伏材料的主链结构，能增强聚合物固体材料的π-π堆叠，有利于增加载流子的传输性能，从而提高光电转换效率。
【专利说明】含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料及其制备方法和应用
【技术领域】[0001]本发明涉及有机半导体材料另一，尤其涉及一种含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料及其制备方法。本发明还涉及含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料在有机太阳能电池活性层材料中的应用
【背景技术】
[0002]高效率太阳能电池通常是以无机半导体为原料，但目前市场上主要的硅晶太阳能电池由于生产过程工艺复杂，污染严重，耗能大，成本高，抑制了其商业化应用的发展。因此利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。而有机半导体材料一方面由于有机材料的环境稳定性好、合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好；另一方面由于有机太阳能电池加工过程相对简单，可低温操作，器件制作成本也较低等优点而备受关注，成为最为廉价和有吸引力的太阳能电池材料。除此之外，有机太阳能电池的潜在优势还包括:可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携
坐寸。
[0003]有机光伏材料可分为有机小分子光伏材料和有机高分子光伏材料。有机高分子光伏材料具有如下优点:热稳定性好，易加工，成本低，可通过分子设计将基团进行组合得到具有特定功能的光伏材料。亚烷基芴中的9位上是sp2杂化的碳原子，它与普通的sp3杂化的烷基芴相比，有更好的共轭平面性。用它来作为有机光伏材料的主链结构，能增强聚合物固体材料的η-η堆叠，有利于增加载流子的传输性能，从而提高光电转换效率，因此是一种可用于有机光伏器件的新型给体材料。
[0004]另外，蒽及其衍生物具有很好的稳定性和较好的成膜性；其紫外可见光谱呈现出较宽的手指峰吸收，有利于提高对太阳光的吸收覆盖范围；并且它具有适当的载流子传输特性，其晶体室温下空穴迁移率可达3cm2/V.s，是一类具有优异性能的有机光伏电子给体材料。虽然蒽及其衍生物作为有机电致发光材料的报道已有很多，但作为有机光伏电池的研究却鲜有报道，因此受到了研究者的广泛关注。
[0005]将亚烷基芴及其衍生物和吡咯并吡咯二酮类单体进行共聚后，得到的聚合物光伏材料能增加载流子的传输性能，有利于载流子在活性层材料内部进行更为有效地传递；并且增加光谱的吸收范围。经过高温退火后，能有效增加分子内各基团和分子链段间排列的有序性和规整度，提高载流子迁移率的传输速度和效率，进而提高光电转换效率。
【发明内容】
[0006]基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种可以提高光电转换效率的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料。
[0007]本发明还提供含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法。
[0008]本发明还提供含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料作为有机太阳能电池活性层材料中的应用。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]一种含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料，该半导体材料具有如下结
构式:
[0011]
【权利要求】
1.一种含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料，其特征在于，该半导体材料具有如下结构式:
2.一种含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:惰性气体保护下，将结构式为
3.根据权利要求2所述的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为四(三苯基膦)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯或二(三苯基膦)二氯化钯；所述碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、叔丁醇钾或叔丁醇钠；所述有机溶剂为甲苯、N，N- 二甲基甲酰胺、氯仿、四氢呋喃或二氯甲烷。
4.根据权利要求2所述的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，化合物C是采用如下方法制得的:惰性气体、室温条件下，将结构式为
5.根据权利要求4所述的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，还包括对所述2，7- 二溴-9- ( 二硫甲基)亚甲基芴的提纯处理: 反应停止后，将反应液倒入冰水混合物中，再加入适量浓氨水以除掉未反应的碘甲烷。最后将沉淀物过滤，水洗，烘干后，用乙酸乙酯和四氢呋喃2:1的混合溶剂进行重结晶，得到提纯的2，7-二溴-9-( 二硫甲基)亚甲基芴。
6.根据权利要求4所述的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，还包括对所述化合物D的提纯处理: 反应停止后后，用10%的氢氧化钠溶液进行中和反应液10-20分钟，随后物用娃藻土过滤，接着用乙酸乙酯将硅藻土过滤后的液相滤液层进行萃取，然后将萃取物用10%的氢氧化钠水溶液、饱和的焦亚硫酸钠溶液和盐水依次洗涤，最后用硫酸钠干燥并减压蒸馏，将蒸馏产物用石油醚过硅胶柱层析，减压蒸馏后的产物在-35° (T-40° C用2-甲基戊烷为溶剂进行重结晶，最终得到提纯的化合物D。
7.根据权利要求4所述的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，还包括对所述化合物C的提纯处理: 反应结束后，将反应液加入饱和盐水溶液洗涤，氯仿或甲苯溶剂萃取，无水Na2SO4或无水MgSO4干燥，抽滤后收集滤液，旋蒸掉溶剂后得到粗产物，将粗产物选用合适溶剂为淋洗液进行硅胶层析柱分离，得到提纯后的化合物C。
8.根据权利要求3所述的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，所述化合物A是采用如下步骤制得:在惰性气体保护下，将叔丁醇钾、结构式为的2-氰基噻吩溶于叔戊醇溶剂中，得到反应液，然后将反应液升温至10(T110° c ;接着再将结构式为
9.根据权利要求2所述的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，Suzuki耦合反应停止后，还包括对所述含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料的提纯处理:Suzuki耦合反应停止后，往反应液中加入去离子水和甲苯或氯仿进行萃取，取有机相，用减压蒸馏的方法将聚合物/甲苯或氯仿溶液蒸干至几毫升至十几毫升混合溶液，然后将混合溶液滴入到无水甲醇中不断搅拌，逐渐有固体沉淀析出，经过抽滤、烘干后得到固体粉末。再将固体粉末用甲苯或氯仿溶解，用中性氧化铝过层析柱以除去催化剂，最后将聚合物/甲苯或氯仿溶液旋干，得到提纯后的所述含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料。
10.权利要求1所述的含亚烷基芴与吡咯并吡咯二酮的有机半导体材料作为有机太阳能电池活性层材料中的应用。
【文档编号】C08G61/12GK103665347SQ201210361480
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2012年9月25日
【发明者】周明杰, 管榕, 黄佳乐, 李满园, 黎乃元 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司