[發明專利]α-無取代或氟取代的噻吩稠合苯并三氮唑衍生物及其聚合物

在審

• 申請號: 201810439597.8
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108690044A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 陳興國;蔣秀
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C07D495/04
• 分類號: C07D495/04;C08G61/12;H01L51/00;H01L51/46
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 馬麗娜

本發明提供了一種用于有機半導體材料的α?無取代或α?氟取代的噻吩稠合苯并三氮唑衍生物及其在兩側橋連噻吩后與不同給體形成的聚合物，屬于有機高分子和光電功能材料領域。本發明的α?無取代或氟取代的噻吩稠合苯并三氮唑衍生物受體單元具有較強的拉電子能力，其與不同給體單元所形成的D?A型聚合物具有中等偏寬的帶隙(1.60?2.00ev)，與很多窄帶隙的小分子受體材料或聚合物受體材料具有很好的光譜互補，是一種優良的有機異質結太陽能電池的給體材料。本發明提供的聚合物在400?700nm范圍內有很強的吸收性能，并且通過改變X和Ar等可以很方便地調節聚合物的吸收光譜、帶隙以及電荷傳輸等光電性能，在相應領域具有良好好的應用前景。

技術領域

本發明涉及用于有機半導體材料的α-無取代或α-氟取代的噻吩稠合苯并三氮唑衍生物及其在兩側橋連噻吩后與不同給體形成的聚合物，屬于有機高分子和光電功能材料領域。

背景技術

近年來，能源問題備受人類關注。而有機聚合物太陽能電池(PSCs)作為一種新型能源，因其具有質輕、價廉、易剪裁、易加工以及可以通過溶液過程制得大面積的柔性器件等優點引起了人們的廣泛關注。因此，設計具有高光電轉換效率以及高電荷遷移率的有機聚合物材料顯得尤為重要。目前，通過分子結構設計與修飾及器件優化，有機聚合物太陽能的光電轉化效率已經超過14％。為獲得較高的光電轉換效率，要求所設計的有機聚合物給體材料具有合適的帶隙以匹配太陽光的光譜，以及具有較好的平面性以利于載流子的傳輸。D-A(有機給體—有機受體單元)結構是目前用于PSCs給體材料的共軛聚合物最為成功的設計思路。為此，人們合成了一系列性能優良的給受體單元以調節聚合物分子的能級、帶隙和吸收，如苯并二噻吩(BDT)、二噻吩并硅咯(DTS)等等，而性能優異的新型有機受體單元則較少。因此，合成具有優良光電性能的有機受體單元十分必要，其具有很大的發展潛力。

2-位烷基鏈取代的苯并[d][1,2,3]三氮唑(BTz)及其衍生物也是有機半導體材料中常用的分子結構之一。由于BTz單元僅具有中等強度的拉電子特性，因此以BTz為有機受體單元與不同的有機給體單元共聚形成的D-A共聚物分子的帶隙相對較寬，對可見光的吸收范圍偏窄，同時其HOMO-LUMO能級較高，不利于其電池器件同時擁有較高的開路電壓和電流密度。為此，人們常在苯并三氮唑的5,6號位點引入拉電子基團或擴展其共軛結構來調控其能級并拓寬吸收光譜，以改善其光電性質和器件性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種α-無取代或氟取代的噻吩稠合苯并三氮唑衍生物及其作為有機受體單元與不同的給體單元共聚合成的具有D-A結構的共軛有機聚合物。通過在苯并三氮唑稠合α-無取代或氟取代的噻吩環使所合成相應聚合物材料展示了優良的光電性能，在相應領域具有應用前景。

本發明提供的α-無取代或氟取代的噻吩稠合苯并三氮唑衍生物，具有通式Ⅰ所示的結構：

其中，X為氫或氟原子，Y為氫或鹵素原子，R₁為具有1-20個碳原子的烷基鏈。

本發明所提供的α-無取代或氟取代的噻吩稠合苯并三氮唑衍生物在兩側橋連噻吩后與不同的給體共聚合成的有機聚合物，具有以下結構：

式中，A環和B環獨立地選自未取代或R₂取代的噻吩、呋喃、硒吩、吡咯、苯環，n為1-40之間的整數，R₁為具有1-20個碳原子的烷基鏈，R₂為具有1-20個碳原子的烷基鏈或烷氧鏈，X為氫原子或氟原子，Ar代表取代或未取代的芳基。

所述的芳基為單環亞芳基，雙環亞芳基，三環及以上環的亞芳基，單環雜亞芳基，雙環雜亞芳基，三環及以上環的雜亞芳基，稠合至亞芳基或雜亞芳基的含氧、硫或硒的亞芳基，或通過單鍵相連的2-4個亞芳基所形成的基團。

Ar代表的取代的芳基中的取代基為芳基或具有1-40個碳原子的烷基和烷氧基鏈。