[發明專利]一種有機半導體材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201510041531.X
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104672434B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 黃飛;謝銳浩;曹鏞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳文姬

技術領域

本發明涉及有機光電材料技術領域，特別涉及一種有機半導體材料及其制備方法及應用。

背景技術

在當今世界，能源問題已成為全人類共同關注的問題。隨著不可再生化石能源的不斷消耗，環境污染問題的不斷惡化，人們急切地尋求并開發利用各種可再生的清潔能源。其中，由于太陽能是取之不竭，用之不盡的清潔能源，將太陽能轉化為電能的太陽電池的研究受到了各國的高度重視。近年來，有機光伏器件因其具有質量輕，加工簡易，成本低以及能制成大面積的柔性器件等諸多優點，成為太陽電池的研究熱點，其中單層聚合物太陽電池最高能量轉換效率已經超過10％(DOI:10.1038/ncomms6293)，具有十分廣大的商業應用前景。

相對于無機半導體太陽電池，有機太陽電池的效率還是偏低。為了提高其光電轉換效率，科學家們通過材料化學結構的優化，器件結構的優化，器件制備條件的調控多角度入手，進行了深入的研究。其中，光活性層材料的改進，尤其是對共軛聚合物結構的優化與調整，是聚合物太陽電池的研究重點。近年來，大量應用于聚合物太陽電池光活性層的共軛聚合物被設計與合成出來，并取得了相應的進展與突破。如苯并二噻吩(BDT)單元作為一種對稱性的共軛分子結構，廣泛應用于光電領域，基于BDT單元的場效應晶體管的遷移率達到了0.25cm²V^-1s^-1，基于BDT單元的單層聚合物太陽電池發展到目前效率已經達到8-9％(Energy Environ.Sci.,2012,5,8208；Nat.Photon.2012,6,591；Adv.Mater.2013,25,4944–4949；J.Am.Chem.Soc.2013,135,17060-17068；J.Am.Chem.Soc.2013,135,4656-4659)。因此，設計和開發新型的共軛聚合物單元及材料對發展聚合物太陽電池是至關重要的，這將為不久的將來有機光伏電池的商業化打下堅定的基礎。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的之一在于提供一種有機半導體材料，使聚合物的平面性更好，提高其電荷的遷移率，有利于電荷的傳輸，有望得到更好的器件性能。

本發明的目的之二在于提供上述有機半導體材料的制備方法，簡單方便，產率高，后處理簡單，便于提純。

本發明的目的之三在于提供上述有機半導體材料的應用。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種有機半導體材料，其結構式如下：

其中，Ar為缺電子性共軛單元；π為含有碳碳雙鍵、碳氮鍵的共軛單元；0<x<1，0<y<1，x+y＝1；m為0到10000的自然數；n為1到10000的自然數；

R₁為具有1到30碳原子數的烷基鏈。

所述Ar為亞乙烯基、亞乙炔基、亞芳基、雜亞芳基或通過單鍵連接的2-6個亞芳基所形成的基團；或者，Ar為亞乙烯基、亞乙炔基、亞芳基、雜亞芳基或通過單鍵連接的2-6個亞芳基中的一個或多個碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氫原子被鹵原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代形成的基團。

所述Ar為苯并噻二唑、苯并三唑、萘并噻二唑、萘并三唑、吡咯并吡咯二酮、靛藍、異靛藍、喹喔啉、萘二酰亞胺、苝二酰亞胺、噻吩并酰亞胺或喹喔啉。

所述Ar為以下結構中的一種：

其中，R為氫或具有1～30個碳原子的烷基；或者為具有以下結構的烷基：烷基中一個或多個碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氫原子被鹵原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代。

所述π為苯、萘、噻吩、并噻吩、硒吩、碲吩、呋喃、吡咯、噻咯、噻唑、惡唑或三唑。

所述π為以下結構中的一種：

其中，R為氫或具有1～30個碳原子的烷基；或者為具有以下結構的烷基：烷基中一個或多個碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氫原子被鹵原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代。