[發(fā)明專利]一類含單鹵代苯的共軛聚合物及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114276523A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張連杰;雷淑儀;袁東;陳軍武
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林奕聰

本發(fā)明涉及一類含單鹵代苯的共軛聚合物及其制備和應(yīng)用。分子結(jié)構(gòu)特征是以單鹵代苯為共聚富電子單元，氟代苯并噻二唑?yàn)楣簿廴彪娮訂卧１景l(fā)明所提供的聚合物的光學(xué)帶隙為1.76?1.77eV，HOMO軌道介于?5.20～?5.50eV之間。可用于制作光電功能器件，包括在有機(jī)光伏器件和有機(jī)場效應(yīng)晶體管。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一類應(yīng)用于光電子材料與器件領(lǐng)域的共軛聚合物，更具體是涉及一種可用于有機(jī)光伏和有機(jī)場效應(yīng)晶體管的含單鹵代苯的共軛聚合物。

背景技術(shù)

有機(jī)光伏因其低成本、柔性和半透明等性質(zhì)，在解決世界性能源危機(jī)中具有巨大潛力。有機(jī)光伏的器件有源層一般是給體材料和受體材料共同組成的活性層。共軛聚合物效率因其光譜可調(diào)、能級可變和多樣的化學(xué)改性，在有機(jī)光伏中發(fā)揮出色的作用。共軛聚合物在溶液加工、大面積制備器件和半透明應(yīng)用方面也具有極大潛力。

鹵代方法已成為提高共軛聚合物性能的普遍性策略，所報(bào)道的氟代或者氯代均使得聚合物的HOMO能級降低(J.Am.Chem.Soc.2011,133,4625–4631；Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,2995–2998；Chem.Commun.,2011,47,11026–11028；J.Am.Chem.Soc.2011,133,1885–1894；Adv.Mater.2013,25,2445–2451；Chem.Commun.,2013,49,9335；Chem.Mater.2013,25,277-285；Adv.Mater.,26:1118-1123；J.Am.Chem.Soc.2013,135,1806-1815；Chem.Mater.2014,26,4214-4220；Adv.Mater.2015,27,4655–4660；J.Am.Chem.Soc.2015,137,6866-6879；J.Am.Chem.Soc.2016,138,10265-10275；Macromolecules 2017,50,7080-7090；ACS Appl.Polym.Mater.2021,3,30-41；J.Mater.Chem.C,2015,3,7463—7468；Macromolecules 2017,50,4962-4971；Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,12911–12915；)。總體上，不論報(bào)道的聚合物所采用的氟代或氯代是在共軛主鏈上，還是在共軛側(cè)鏈上，都表現(xiàn)出類似的效應(yīng)。具體而言，在噻吩單元上進(jìn)行單鹵代或者雙鹵代都能使得聚合物的HOMO能級降低，在苯環(huán)上進(jìn)行雙鹵代也是使得聚合物的HOMO能級降低。按目前的技術(shù)指標(biāo)推測，單鹵代苯也應(yīng)該具有類似效應(yīng)，使得所制備聚合物的HOMO能級降低。

本發(fā)明所設(shè)計(jì)方案是對苯環(huán)進(jìn)行單鹵代并偶聯(lián)噻吩制備相應(yīng)共聚單元，發(fā)現(xiàn)所獲得的聚合物比沒有單鹵代的相應(yīng)聚合物具有更高的HOMO能級，這一反常的電子效應(yīng)(提高HOMO能級)打破了以往的鹵代效應(yīng)認(rèn)識(shí)，同時(shí)打破已有技術(shù)的認(rèn)識(shí)，克服已有技術(shù)的壁壘，擴(kuò)展鹵代策略的設(shè)計(jì)思路。并且，與含未鹵代苯環(huán)的聚合物對比(Adv.Energy Mater.2017,1602304)，我們所制備的含單鹵代苯的共軛聚合物，具有很強(qiáng)的聚集能力，吸收光譜中的0-0最大吸收峰強(qiáng)度最強(qiáng)，也說明所制備聚合物具有更強(qiáng)的J聚集，更有利于載流子傳輸，避免空間電荷的累積，提高激子利用率。本發(fā)明將所制備聚合物作為給體材料，Y6-BO小分子作為受體材料，制備相關(guān)光伏器件，獲得器件效率超過13％，這結(jié)果超過含未取代苯環(huán)的聚合物對應(yīng)的報(bào)道效率(9.4％)。同時(shí)，所制備共軛聚合物具有好的結(jié)晶性和edge-on取向，有利于載流子的橫向傳輸，在所制備的有機(jī)場效應(yīng)晶體管中，獲得1.5cm²/(Vs)的高場效應(yīng)遷移率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)的固有認(rèn)識(shí)，提供一種鹵代新策略和新效應(yīng)，制備基于含單鹵代苯的共軛聚合物，具有反常能級調(diào)控能力和強(qiáng)聚集組裝能力，可用于制備制作有機(jī)光伏器件。

本發(fā)明的目的還在于提供所述的基于含單鹵代苯的共軛聚合物的制備方法。

本發(fā)明的目的還在于提供所述的基于含單鹵代苯的共軛聚合物在有機(jī)場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。