[發(fā)明專利]苯并[2,1-b: 3,4-b`]二硒吩類聚合物半導(dǎo)體材料及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310596928.6
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN103626976A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖生強(qiáng);蔣友宇;夏飛;蔣尊龍;黃軒;詹春;尤為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;H01L51/54
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一系列基于苯并[2,1-b:3,4-b′]二硒吩的光電功能聚合物半導(dǎo)體材料及其在有機(jī)光伏器件中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

有機(jī)半導(dǎo)體光電子器件，包括有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)光伏電池、有機(jī)靜電復(fù)印、有機(jī)激光器和有機(jī)生物傳感器等，因具有價(jià)格低廉、體輕便攜、易于大面積加工等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的發(fā)展并逐步向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。開發(fā)性能優(yōu)異并適合于器件性能需求的有機(jī)光電半導(dǎo)體材料成為其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

其中，具有光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)的有機(jī)半導(dǎo)體材料用于制備柔性的有機(jī)太陽(yáng)能電池成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。目前，常用的材料主要為π共軛的聚合物材料和小分子材料，通過對(duì)材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和器件的優(yōu)化，基于聚合物/富勒烯體系的體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近10%，但是與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池相比，其在轉(zhuǎn)換效率、光譜響應(yīng)范圍以及電池的穩(wěn)定性等方面，有機(jī)光伏電池還有待提高。設(shè)計(jì)合成具有窄帶隙結(jié)構(gòu)、給受體能級(jí)匹配、具有高載流子遷移率和具有良好的溶解性能的聚合物半導(dǎo)體材料是當(dāng)前材料研究領(lǐng)域的重要任務(wù)。

線性平面結(jié)構(gòu)的苯并二噻吩（BDT）得到了研究人員的廣泛關(guān)注，其聚合物電池光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到7%以上，是一種有效的聚合物給體材料構(gòu)建單元。具有相似的共軛平面結(jié)構(gòu)，非線性結(jié)構(gòu)的苯并二噻吩（BDP和BdT，結(jié)構(gòu)式如下）類聚合物材料卻鮮有報(bào)道，其光電轉(zhuǎn)換效率也較低。然而，這種非線性化學(xué)結(jié)構(gòu)的苯并二噻吩類聚合物材料在能級(jí)結(jié)構(gòu)、遷移率和溶解性方面具有特殊的性質(zhì)，例如，Jianhui?Hou等報(bào)道了非線性結(jié)構(gòu)的苯并二噻吩類聚合物PBDPTT-C，相比與線性結(jié)構(gòu)的聚合物材料PBDTTT-C，其HOMO能級(jí)降低了0.2eV，開路電壓升高了0.12eV，光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到5.21%（Chem.Commun.2011,47,8850-8852）。近來(lái)，作為具有與噻吩類似的芳香結(jié)構(gòu)的硒吩，為分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化和聚合物光電性質(zhì)的調(diào)控提供了一種新的思路?；谖匀〈木酆衔锞哂懈玫钠矫嫘院透墓鈱W(xué)帶隙，有利于太陽(yáng)光的吸收，可以提高光電流；另一方面，相比與噻吩類聚合物，硒原子取代的聚合物其HOMO能級(jí)基本不變，LUMO能級(jí)降低，因此，硒取代的聚合物可能同時(shí)具有較高的開路電壓和光電流；另外，硒原子比硫原子更易于極化，存在很強(qiáng)的Se-Se分子間作用力，有利于分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移，可以有效提高載流子遷移率，減少載流子的復(fù)合。因此，合成基于非線性結(jié)構(gòu)的苯并二硒吩類聚合物半導(dǎo)體材料具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)而提供一類苯并[2,1-b:3,4-b′]二硒吩類聚合物半導(dǎo)體材料，基于這種非線性結(jié)構(gòu)的硒取代聚合物材料顯示出良好的光電性質(zhì)，具有較高的氧化和熱穩(wěn)定性、可調(diào)的光學(xué)帶隙和能級(jí)結(jié)構(gòu)、較高的載流子遷移率以及良好的溶液可加工性，將其應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池器件時(shí)具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：苯并[2,1-b:3,4-b′]二硒吩類聚合物半導(dǎo)體材料，其結(jié)構(gòu)通式如通式I所示，

式中，n為聚合度，為2-100的任一整數(shù)，R為H、C₁-C₂₀的烷基、C₁-C₂₀的烷氧基、C₁-C₂₀的酯基、C₁-C₂₀的氨基、C₂-C₂₀的炔基、C₁-C₂₀的氟代烷基、C₁-C₂₀的硫代烷基和上述任一取代的芳基或雜芳基，A為具有不同給受電子能力的芳香共軛單元，為如下所示結(jié)構(gòu)化合物中的一種：

式中，R₁為碳原子數(shù)為1-20的烷基、烷氧基或H原子，R₂為碳原子數(shù)為1-20的烷基或烷氧基，Y為H、F中的任一原子，m為重復(fù)單元數(shù)，m為1-20的任一整數(shù)。

本發(fā)明還提供了苯并[2,1-b:3,4-b′]二硒吩類聚合物材料在有機(jī)光伏器件中的應(yīng)用。