含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于有機(jī)半導(dǎo)體材料，其公開了一種含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法和應(yīng)用；該半導(dǎo)體材料具有如下結(jié)構(gòu)式：式中，R1為C4-C40的烷基；R2為C1-C40的烷基或C7-C11的苯烷基；n為10-100的整數(shù)。本發(fā)明提供一種含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其亞烷基芴中的9位上是sp2雜化的碳原子，它與普通的sp3雜化的烷基芴相比，有更好的共軛平面性，用它來作為有機(jī)光伏材料的主鏈結(jié)構(gòu)，能增強(qiáng)聚合物固體材料的π-π堆疊，有利于增加載流子的傳輸性能，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)半導(dǎo)體材料另一，尤其涉及一種含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法。本發(fā)明還涉及含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料在有機(jī)太陽能電池活性層材料中的應(yīng)用
【背景技術(shù)】
[0002]高效率太陽能電池通常是以無機(jī)半導(dǎo)體為原料，但目前市場上主要的硅晶太陽能電池由于生產(chǎn)過程工藝復(fù)雜，污染嚴(yán)重，耗能大，成本高，抑制了其商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展。因此利用廉價材料制備低成本、高效能的太陽能電池一直是光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。而有機(jī)半導(dǎo)體材料一方面由于有機(jī)材料的環(huán)境穩(wěn)定性好、合成成本低、功能易于調(diào)制、柔韌性及成膜性都較好；另一方面由于有機(jī)太陽能電池加工過程相對簡單，可低溫操作，器件制作成本也較低等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，成為最為廉價和有吸引力的太陽能電池材料。除此之外，有機(jī)太陽能電池的潛在優(yōu)勢還包括:可實(shí)現(xiàn)大面積制造、可使用柔性襯底、環(huán)境友好、輕便易攜
坐寸。
[0003]有機(jī)光伏材料可分為有機(jī)小分子光伏材料和有機(jī)高分子光伏材料。有機(jī)高分子光伏材料具有如下優(yōu)點(diǎn):熱穩(wěn)定性好，易加工，成本低，可通過分子設(shè)計(jì)將基團(tuán)進(jìn)行組合得到具有特定功能的光伏材料。亞烷基芴中的9位上是sp2雜化的碳原子，它與普通的sp3雜化的烷基芴相比，有更好的共軛平面性。用它來作為有機(jī)光伏材料的主鏈結(jié)構(gòu)，能增強(qiáng)聚合物固體材料的η-η堆疊，有利于增加載流子的傳輸性能，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率，因此是一種可用于有機(jī)光伏器件的新型給體材料。
[0004]另外，蒽及其衍生物具有很好的穩(wěn)定性和較好的成膜性；其紫外可見光譜呈現(xiàn)出較寬的手指峰吸收，有利于提高對太陽光的吸收覆蓋范圍；并且它具有適當(dāng)?shù)妮d流子傳輸特性，其晶體室溫下空穴遷移率可達(dá)3cm2/V.s，是一類具有優(yōu)異性能的有機(jī)光伏電子給體材料。雖然蒽及其衍生物作為有機(jī)電致發(fā)光材料的報(bào)道已有很多，但作為有機(jī)光伏電池的研究卻鮮有報(bào)道，因此受到了研究者的廣泛關(guān)注。
[0005]將亞烷基芴及其衍生物和吡咯并吡咯二酮類單體進(jìn)行共聚后，得到的聚合物光伏材料能增加載流子的傳輸性能，有利于載流子在活性層材料內(nèi)部進(jìn)行更為有效地傳遞；并且增加光譜的吸收范圍。經(jīng)過高溫退火后，能有效增加分子內(nèi)各基團(tuán)和分子鏈段間排列的有序性和規(guī)整度，提高載流子遷移率的傳輸速度和效率，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)換效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]基于上述問題，本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種可以提高光電轉(zhuǎn)換效率的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料。
[0007]本發(fā)明還提供含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法。
[0008]本發(fā)明還提供含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有機(jī)太陽能電池活性層材料中的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料，該半導(dǎo)體材料具有如下結(jié)
構(gòu)式:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，該半導(dǎo)體材料具有如下結(jié)構(gòu)式:
2.一種含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:惰性氣體保護(hù)下，將結(jié)構(gòu)式為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，所述催化劑為四(三苯基膦)鈀、三(二亞芐基丙酮)二鈀或二(三苯基膦)二氯化鈀；所述堿為碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銫、叔丁醇鉀或叔丁醇鈉；所述有機(jī)溶劑為甲苯、N，N- 二甲基甲酰胺、氯仿、四氫呋喃或二氯甲烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，化合物C是采用如下方法制得的:惰性氣體、室溫條件下，將結(jié)構(gòu)式為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，還包括對所述2，7- 二溴-9- ( 二硫甲基)亞甲基芴的提純處理: 反應(yīng)停止后，將反應(yīng)液倒入冰水混合物中，再加入適量濃氨水以除掉未反應(yīng)的碘甲烷。最后將沉淀物過濾，水洗，烘干后，用乙酸乙酯和四氫呋喃2:1的混合溶劑進(jìn)行重結(jié)晶，得到提純的2，7-二溴-9-( 二硫甲基)亞甲基芴。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，還包括對所述化合物D的提純處理: 反應(yīng)停止后后，用10%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行中和反應(yīng)液10-20分鐘，隨后物用娃藻土過濾，接著用乙酸乙酯將硅藻土過濾后的液相濾液層進(jìn)行萃取，然后將萃取物用10%的氫氧化鈉水溶液、飽和的焦亞硫酸鈉溶液和鹽水依次洗滌，最后用硫酸鈉干燥并減壓蒸餾，將蒸餾產(chǎn)物用石油醚過硅膠柱層析，減壓蒸餾后的產(chǎn)物在-35° (T-40° C用2-甲基戊烷為溶劑進(jìn)行重結(jié)晶，最終得到提純的化合物D。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，還包括對所述化合物C的提純處理: 反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液加入飽和鹽水溶液洗滌，氯仿或甲苯溶劑萃取，無水Na2SO4或無水MgSO4干燥，抽濾后收集濾液，旋蒸掉溶劑后得到粗產(chǎn)物，將粗產(chǎn)物選用合適溶劑為淋洗液進(jìn)行硅膠層析柱分離，得到提純后的化合物C。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，所述化合物A是采用如下步驟制得:在惰性氣體保護(hù)下，將叔丁醇鉀、結(jié)構(gòu)式為的2-氰基噻吩溶于叔戊醇溶劑中，得到反應(yīng)液，然后將反應(yīng)液升溫至10(T110° c ;接著再將結(jié)構(gòu)式為
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，Suzuki耦合反應(yīng)停止后，還包括對所述含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料的提純處理:Suzuki耦合反應(yīng)停止后，往反應(yīng)液中加入去離子水和甲苯或氯仿進(jìn)行萃取，取有機(jī)相，用減壓蒸餾的方法將聚合物/甲苯或氯仿溶液蒸干至幾毫升至十幾毫升混合溶液，然后將混合溶液滴入到無水甲醇中不斷攪拌，逐漸有固體沉淀析出，經(jīng)過抽濾、烘干后得到固體粉末。再將固體粉末用甲苯或氯仿溶解，用中性氧化鋁過層析柱以除去催化劑，最后將聚合物/甲苯或氯仿溶液旋干，得到提純后的所述含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料。
10.權(quán)利要求1所述的含亞烷基芴與吡咯并吡咯二酮的有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有機(jī)太陽能電池活性層材料中的應(yīng)用。
【文檔編號】C08G61/12GK103665347SQ201210361480
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】周明杰, 管榕, 黃佳樂, 李滿園, 黎乃元 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司