[發明專利]基于聯苯并噻二唑的聚合物及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110153596.5
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN102816297A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 占肖衛;汪海風;程沛;劉瑤;朱道本
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C09K11/06;H01L51/30;H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明涉及一類基于聯苯并噻二唑的聚合物及其制備方法，和該類聚合物作為活性層材料在有機電子器件如太陽能電池(OPV)、場效應晶體管(OFET)和發光二極管(OLED)中的應用。

背景技術

有機半導體的發展已有30多年的歷史，用它們制成的器件與傳統的無機半導體器件相比，具有如下幾個優點：低成本、超薄、重量輕、制作工藝簡單、可大面積制備等。鑒于這些優點，人們對有機半導體的研究抱有極大的興趣。有機半導體的研究一般包括半導體材料的設計合成和器件的制備。有機半導體器件主要包括有機太陽能電池，有機場效應晶體管，有機發光二極管，非線性光學器件和存儲器等。有機太陽能電池研究開始得比較早，但早期電池的效率都不高，一度不被看好。直到1986年Tang發明了雙層異質結結構的有機太陽能電池，其器件效率達到了1％，這才標志著有機太陽能電池的發展進入了一個新的階段。隨后，人們又開發了電荷分離更加有效的本體異質結結構的有機太陽能電池，其器件效率得到了進一步的提高。到目前為止，以聚合物為給體，以富勒烯衍生物(如PC₇₁BM)為受體的本體異質結結構的有機太陽能電池，其最高效率為7～8％(Y.Liang，Z.Xu，J.Xia，S-T.?Tsai，Y.Wu，G.Li，C.Ray，L.Yu，“For?the?Bright?Future-Bulk?Heterojunction?Polymer?Solar?Cells?with?Power?Conversion?Efficiency?of?7.4％”，Adv.Mater.2010，22，E135；H-Y.Chen，J.Hou，S.Zhang，Y.Liang，G.Yang，Y.Yang，L.Yu，Y.?Wu，G.Li，“Polymer?solar?cells?with?enhanced?open-circuit?voltage?and?efficiency”，Nature?Photonics，2009，3，649；S.C.Price，A.C.Stuart，L.Yang，H.?Zhou，W.You，“Fluorine?Substituted?Conjugated?Polymer?of?Medium?Band?Gap?Yields?7％?Efficiency?in?Polymer-Fullerene?Solar?Cells”，J.Am.Chem.Soc.，2011，133，4625；T-Y.Chu，J.Lu，S.Beaupré，Y.?Zhang，J-R.Pouliot，S.Wakim，J.Zhou，M.Leclerc，Z.Li，J.Ding，Y.Tao，“Bulk?Heterojunction?Solar?Cells?Using?Thieno[3，4-c]pyrrole-4，6-dione?and?Dithieno[3，2-b：2′，3′-d]silole?Copolymer?with?a?Power?Conversion?Efficiency?of?7.3％”，J.Am.Chem.Soc.，2011，133，4250)，以小分子為給體，PC₇₁BM為受體的本體異質結結構的有機太陽能電池其最高效率也能達到4～5％(H.Shang，H.Fan，Y.Liu，W.Hu，Y.Li，X，Zhan，“A?Solution-Processable?Star-Shaped?Molecule?for?High-Performance?Organic?Solar?Cell”，Adv.Mater.，2011，23，1554；B.Walker，A.B.Tamayo，X-D.Dang，P.Zalar，J.H.Seo，A.Garcia，M.Tantiwiwat，T-Q.Nguyen，“Nanoscale?Phase?Separation?and?High?Photovoltaic?Efficiency?in?Solution-Processed，Small-Molecule?Bulk?Heterojunction?Solar?Cell”，Adv.Funct.Mater.，2009，19，3063.)。高轉換效率的太陽能電池材料一般具有D(給體)-A(受體)型結構(M.C.Scharber，M.Koppe，J.Gao，F.Cordella，M.A.Loi，P.Denk，M.Morana，H-J.Egelhaaf，“Influence?of?the?Bridging?Atom?on?the?Performance?of?a?Low-Bandgap?Bulk?Heterojunction?Solar?Cell”，Adv.Mater.，2010，22，367；Y.Zou，A.Najari，P.Berrouard，S.Beaupré，B.R.Y.Tao，M.Leclerc，“AThieno[3，4-c]pyrrole-4，6-dione-Based?Copolymer?for?Efficient?Solar?Cells”，J.Am.Chem.Soc.，2010，132，5330；Y.Zhang，S.K.Hau，H-L，Yip，Y.Sun，O.Acton，A.K.-Y.Jen，“Efficient?Polymer?Solar?Cells?Based?on?the?Copolymers?of?Benzodithiophene?and?Thienopyrroledione”，Chem.Mater.，2010，22，2696；R.Qin，W.Li，C.Li，C.Du，C.Veit，H-F.Schleiermacher，M.Andersson，Z.Bo，Z.Liu，O.U.Wuerfel，F.Zhang，“A?Planar?Copolymer?for?High?Efficiency?Polymer?Solar?Cells”，J.Am.Chem.Soc.，2009，131，14612；C-P.Chen，S-H.Chan，T-C.Chao，C.Ting，B-T.Ko，“Low-Bandgap?Poly(Thiophene-Phenylene-Thiophene)derivatives?with?Broaden?Absorption?Spectra?for?Use?in?High-Performance?Bulk-Heterojunction?Polymer?Solar?Cells”，J.Am.Chem.Soc.，2008，130，12828；A.V.Patil，W-H.Lee，E.Lee，K.Kim，I-N.Kang，S-H.Lee，“Synthesis?and?Photovoltaic?Properties?of?a?Low-Band-Gap?Copolymer?of?Dithieno[3，2-b：2′，3′-d]thiophene?and?Dithienylquinoxaline”，Macromolecules，2011，44，1238.)，這是因為1)D-A型分子材料會發生分子內電荷轉移，使其吸收范圍向長波長區紅移，從而提高其對太陽光的利用率，進而提高電池器件的短路電流；2)分子結構中含有受體(A)單元，它能降低分子的HOMO能級，進而會提高電池器件的開路電壓。