含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明屬于有機半導體材料，其公開了一種含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料及其制備方法和應用，該半導體材料具有如下結構式：式中，R1為C4-C40的烷基；R2、R3彼此獨立地為H、F或C1-C18的烷基；n為10-100的整數。本發明提供一種含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料，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，用它來作為有機光伏材料的主鏈結構，能增強聚合物固體材料的π-π堆疊，有利于增加載流子的傳輸性能，從而提高光電轉換效率。
【專利說明】含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及有機半導體材料另一，尤其涉及一種含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料及其制備方法。本發明還涉及含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料在有機太陽能電池活性層材料中的應用
【背景技術】
[0002]高效率太陽能電池通常是以無機半導體為原料，但目前市場上主要的硅晶太陽能電池由于生產過程工藝復雜，污染嚴重，耗能大，成本高，抑制了其商業化應用的發展。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域的研究熱點和難點。而有機半導體材料一方面由于有機材料的環境穩定性好、合成成本低、功能易于調制、柔韌性及成膜性都較好；另一方面由于有機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點而備受關注，成為最為廉價和有吸引力的太陽能電池材料。除此之外，有機太陽能電池的潛在優勢還包括:可實現大面積制造、可使用柔性襯底、環境友好、輕便易攜等ο
[0003]有機光伏材料可分為有機小分子光伏材料和有機高分子光伏材料。有機高分子光伏材料具有如下優點:熱穩定性好，易加工，成本低，可通過分子設計將基團進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。用它來作為有機光伏材料的主鏈結構，能增強聚合物固體材料的堆疊，有利于增加載流子的傳輸性能，從而提高光電轉換效率，因此是一種可用于有機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定性和較好的成膜性；其紫外可見光譜呈現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；并且它具有適當的載流子傳輸特性，其晶體室溫下空穴遷移率可達3cm2/V.s，是一類具有優異性能的有機光伏電子給體材料。雖然蒽及其衍生物作為有機電致發光材料的報道已有很多，但作為有機光伏電池的研究卻鮮有報道，因此受到了研究者的廣泛關注。
[0005]將亞烷基芴及其衍生物和蒽類單體進行共聚后，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部進行更為有效地傳遞；并且增加光譜的吸收范圍。經過高溫退火后，能有效增加分子內各基團和分子鏈段間排列的有序性和規整度，提高載流子遷移率的傳輸速度和效率，進而提高光電轉換效率。

【發明內容】

[0006]基于上述問題，本發明所要解決的問題在于提供一種可以提高光電轉換效率的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料。
[0007]本發明還提供含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的制備方法。
[0008]本發明還提供含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料作為有機太陽能電池活性層材料中的應用。[0009]本發明的技術方案如下:
[0010]一種含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料，該半導體材料具有如下結構式:
[0011]
【權利要求】
1.一種含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料，其特征在于，該半導體材料具有如下結構式:


2.根據權利要求1所述的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料，其特征在于，R1為C4-C40的直鏈烷基或R1為C4-C4tl的支鏈烷基；R2、R3彼此獨立地為C1-C18的直鏈烷基或R2、R3彼此獨立地為C1-C18的支鏈烷基。
3.一種含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 惰性氣體保護下，將結構式為
4.根據權利要求3所述的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的制備方法，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；所述有機溶劑為甲苯、N, N-二甲基甲酰胺、氯仿、四氫呋喃或二氯甲烷。
5.根據權利要求3所述的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于，化合物A是采用如下方法制得的: 惰性氣體、室溫條件下，將結構式為
6.根據權利要求5所述的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的制備方法，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: 反應停止后，將反應液倒入冰水混合物中，再加入適量濃氨水以除掉未反應的碘甲烷。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的混合溶劑進行重結晶，得到提純的2，7-二溴-9-二(硫甲基)亞甲基芴。
7.根據權利要求5所述的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于，還包括對所述化合物C的提純處理: 反應停止后后，用10%的氫氧化鈉溶液進行中和反應液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，將蒸餾產物用石油醚過硅膠柱層析，減壓蒸餾后的產物在-35° (T-40° C用2-甲基戊烷為溶劑進行重結晶，最終得到提純的化合物C。
8.根據權利要求5所述的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于，還包括對所述化合物A的提純處理: 反應結束后，將反應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物，將粗產物選用合適溶劑為淋洗液進行硅膠層析柱分離，得到提純后的化合物A。
9.根據權利要求3所述的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的制備方法，其特征在于，Suzuki耦合反應停止后，還包括對所述含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料的提純處理: Suzuki耦合反應停止后，往反應液中加入去離子水和甲苯或氯仿進行萃取，取有機相，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蒽的聚合物半導體材料。
10.權利要求1所述的含亞烷基芴與蒽的聚合物半導體材料作為有機太陽能電池活性層材料中的應用。`
【文檔編號】H01L51/46GK103665328SQ201210361496
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月25日 優先權日:2012年9月25日
【發明者】周明杰, 管榕, 黃佳樂, 黎乃元, 李滿園 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有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司