一種有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有機(jī)光電材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法 及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)今世界，能源問(wèn)題已成為全人類共同關(guān)注的問(wèn)題。隨著不可再生化石能源的 不斷消耗，環(huán)境污染問(wèn)題的不斷惡化，人們急切地尋求并開(kāi)發(fā)利用各種可再生的清潔能源。 其中，由于太陽(yáng)能是取之不竭，用之不盡的清潔能源，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)電池的研 究受到了各國(guó)的高度重視。近年來(lái)，有機(jī)光伏器件因其具有質(zhì)量輕，加工簡(jiǎn)易，成本低W及 能制成大面積的柔性器件等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為太陽(yáng)電池的研究熱點(diǎn)，其中單層聚合物太陽(yáng)電 池最高能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò)10%值01:10. 1038/ncomms6293)，具有十分廣大的商業(yè)應(yīng) 用前景。
[0003] 相對(duì)于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)電池，有機(jī)太陽(yáng)電池的效率還是偏低。為了提高其光電 轉(zhuǎn)換效率，科學(xué)家們通過(guò)材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，器件制備條件的調(diào)控多 角度入手，進(jìn)行了深入的研究。其中，光活性層材料的改進(jìn)，尤其是對(duì)共輛聚合物結(jié)構(gòu) 的優(yōu)化與調(diào)整，是聚合物太陽(yáng)電池的研究重點(diǎn)。近年來(lái)，大量應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)電池光 活性層的共輛聚合物被設(shè)計(jì)與合成出來(lái)，并取得了相應(yīng)的進(jìn)展與突破。如苯并二喔吩 炬DT)單元作為一種對(duì)稱性的共輛分子結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于光電領(lǐng)域，基于BDT單元的場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的遷移率達(dá)到了 0. 25cm2rVi，基于抓T單元的單層聚合物太陽(yáng)電池發(fā)展到目 前效率已經(jīng)達(dá)到 8-9 % 巧nergy Environ. Sci. , 2012, 5, 8208 ;化1:.化oton. 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(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新型的共輛聚合物單元及材料對(duì)發(fā)展聚合物 太陽(yáng)電池是至關(guān)重要的，該將為不久的將來(lái)有機(jī)光伏電池的商業(yè)化打下堅(jiān)定的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種有機(jī)半導(dǎo) 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。
[0005] 本發(fā)明的目的之二在于提供上述有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，簡(jiǎn)單方便，產(chǎn)率高， 后處理簡(jiǎn)單，便于提純。
[0006] 本發(fā)明的目的之H在于提供上述有機(jī)半導(dǎo)體材料的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明的目的通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] 一種有機(jī)半導(dǎo)體材料，其結(jié)構(gòu)式如下：
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，其結(jié)構(gòu)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；〇〈x〈l，〇〈y〈l， x+y = I ;m為O到10000的自然數(shù)；η為1到10000的自然數(shù)； R1為具有1到30碳原子數(shù)的烷基鏈。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，所述Ar為亞乙烯基、亞乙炔 基、亞芳基、雜亞芳基或通過(guò)單鍵連接的2-6個(gè)亞芳基所形成的基團(tuán)；或者，Ar為亞乙烯基、 亞乙炔基、亞芳基、雜亞芳基或通過(guò)單鍵連接的2-6個(gè)亞芳基中的一個(gè)或多個(gè)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、氣基、撰基、竣基、醋基、氛基或硝基取代形成的基團(tuán)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，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(lán)、異靛藍(lán)、喹喔啉、萘二酰亞胺、茈二酰亞 胺、噻吩并酰亞胺或喹喔啉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，所述Ar為以下結(jié)構(gòu)中的一 種：
其中，R為氫或具有1~30個(gè)碳原子的烷基；或者為具有以下結(jié)構(gòu)的烷基：烷基中一個(gè) 或多個(gè)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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，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。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，所述π為以下結(jié)構(gòu)中的一 種：
其中，R為氫或具有1~30個(gè)碳原子的烷基；或者為具有以下結(jié)構(gòu)的烷基：烷基中一個(gè) 或多個(gè)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。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，所述R i為具有1到30碳原子 數(shù)的烷基鏈，其中，烷基鏈中的一個(gè)或多個(gè)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，氫原子被齒原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羥基、氨 基、撰基、竣基、醋基、氛基或硝基取代。
8. 權(quán)利要求1~7的所述有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1)將式2所示的化合物和式3所示的化合物在一價(jià)銅的催化作用下發(fā)生點(diǎn)擊化學(xué)反 應(yīng)，得到式4所示的化合物；
其中，Y為氫原子、三甲基硅基或者三異丙基硅基，X為氫原子、鹵原子、硼酸基團(tuán)、硼酸 酯基團(tuán)或三烷基錫基團(tuán)；R2的定義等同于R1; (2)以式4所示的化合物為原料，通過(guò)聚合反應(yīng)合成如式1所示的有機(jī)半導(dǎo)體材料。
9.權(quán)利要求1~7所述有機(jī)半導(dǎo)體材料在有機(jī)光電器件中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)半導(dǎo)體材料，含4,4’-雙1H-1,2,3-三唑基苯并二噻吩單元和芳香基團(tuán)，芳香基團(tuán)與4,4’-雙1H-1,2,3-三唑基苯并二噻吩單元以共軛方式連接。本發(fā)明還公開(kāi)了上述有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，通過(guò)由含雙炔基苯并二噻吩單體與含疊氮基的烷基鏈通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)制備而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有機(jī)半導(dǎo)體材料有利于分子間的π-π堆積，使聚合物的平面性更好，有利于器件性能的提高；本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單方便，產(chǎn)率高，后處理簡(jiǎn)單，便于提純。
【IPC分類】H01L51-46, C08G61-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104672434
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510041531
【發(fā)明人】黃飛, 謝銳浩, 曹鏞
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月27日