[發(fā)明專利]一類n型有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011123013.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN112375212A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)磊;彭灃;曹鏞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;C07D513/00;H01L51/30;H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 饒周全

本發(fā)明公開了一類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明在溴代的電子受體?電子給體?電子受體(A?D?A)型n型小分子中引入氟或者氯原子，進(jìn)一步通過縮聚反應(yīng)制備鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料。鹵素原子的引入可以使吸收光譜紅移、提高吸收系數(shù)和電子遷移率，具有更好的光電轉(zhuǎn)換效率。此類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料可作為活性層，應(yīng)用在有機(jī)/聚合物光電探測(cè)器和有機(jī)/聚合物太陽(yáng)電池等有機(jī)/聚合物電子器件中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)光電領(lǐng)域，具體涉及一類鹵代n型有機(jī)半導(dǎo)體材料及其合成及其在有機(jī)/聚合物電子器件，特別是在有機(jī)/聚合物光電探測(cè)器和有機(jī)/聚合物太陽(yáng)電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

基于p型聚合物給體和n型聚合物受體的全聚合物太陽(yáng)電池作為一種清潔能源技術(shù)，具有柔性、全固態(tài)、可低成本溶液加工、可實(shí)現(xiàn)半透明等突出優(yōu)點(diǎn)，以及優(yōu)異的光、熱、機(jī)械穩(wěn)定性，展現(xiàn)出巨大的商業(yè)價(jià)值和應(yīng)用前景。然而，全聚合物太陽(yáng)電池的載流子拆分效率低于基于n型小分子受體的有機(jī)太陽(yáng)能電池，導(dǎo)致其能量轉(zhuǎn)換效率差距仍較大。因此，開發(fā)在近紅外有強(qiáng)吸收、高載流子遷移率的n型聚合物受體材料是實(shí)現(xiàn)高效率全聚合物太陽(yáng)電池的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料。該類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料具有較大的分子共軛平面，同時(shí)還具有氟或氯原子取代，有利于拓展n型聚合物半導(dǎo)體材料的吸收光譜、提高電子遷移率，進(jìn)而獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。還可通過調(diào)節(jié)共聚單元種類、比例有效調(diào)控聚合物的光電性能。這類聚合物具有很好的溶解性，可以通過旋涂、噴墨打印、印刷等溶液加工方法制備大面積薄膜。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述一類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述一類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料在有機(jī)光電領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料的單體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式滿足以下通式：

式中，Ar₁為具有大共軛平面的供電子單元，Ar₂為含鹵素原子的吸電子單元，Ar₁和Ar₂組成A-D-A型共軛單元，表示為Ar₃為橋連共聚芳香性單元；

式中，x,y為單體組分的摩爾分?jǐn)?shù)，滿足:0x≤1，x+y＝1；n為重復(fù)單元數(shù)，n＝10～300。

進(jìn)一步地，上述的一類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料的單體化學(xué)結(jié)構(gòu)式中，所述的Ar₁為如下化學(xué)結(jié)構(gòu)式中的任意一種或一種以上：

式中，X，Y，Z分別獨(dú)立地為O、S、Se、Te、NR₄和C(R₄)₂中的一種，R₄為碳原子數(shù)1～30的直鏈或者支鏈烷基或烷氧基、碳原子數(shù)3～30的環(huán)烷基或碳原子數(shù)6～60的芳香族烴基；

式中，R₁、R₂、R₃分別獨(dú)立地為H、D、F、Cl、CN、碳原子數(shù)1～30的直鏈或者支鏈烷基或烷氧基、碳原子數(shù)3～30的環(huán)烷基和碳原子數(shù)6～60的芳香族烴基中的一種。

進(jìn)一步地，上述的一類鹵代n型有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料的單體化學(xué)結(jié)構(gòu)式中，所述的Ar₂為如下化學(xué)結(jié)構(gòu)式中的任意一種或一種以上：