專利名稱：含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)半導(dǎo)體材料，更具體的涉及一種含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料。本發(fā)明還涉及含金屬卟啉_三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
利用廉價(jià)材料制備低成本、高效能的太陽(yáng)能電池一直是光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前用于地面的硅晶電池由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，使其應(yīng)用受到限制。為了降低電池成本，拓展應(yīng)用范圍，長(zhǎng)期以來人們一直在尋找新型的太陽(yáng)能電池材料。有機(jī)半導(dǎo)體材料以其原料易得、廉價(jià)、制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境穩(wěn)定性好、有良好的光伏效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。 自 1992 年 N. S. Sariciftci 等在 SCIENCE(N. S Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, et al. Science, 1992，258，1474)上報(bào)道共軛聚合物與C6tl之間的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象后，人們?cè)诰酆衔锾?yáng)能電池方面投入了大量研究，并取得了飛速的發(fā)展，但是仍比無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率低得多。限制性能提高的主要制約因素有有機(jī)半導(dǎo)體材料的光譜響應(yīng)與太陽(yáng)輻射光譜不匹配，有機(jī)半導(dǎo)體相對(duì)較低的載流子遷移率以及較低的載流子的電極收集效率等。為了使聚合物太陽(yáng)能電池得到實(shí)際的應(yīng)用，開發(fā)新型的材料，大幅度提高其能量轉(zhuǎn)換效率仍是這一研究領(lǐng)域的首要任務(wù)。卟啉分子是在卟吩環(huán)上連有取代基的一類大環(huán)化合物的總稱，嚇吩是由四個(gè)吡咯環(huán)和四個(gè)次甲基橋聯(lián)起來的單雙鍵交替的平面結(jié)構(gòu)大環(huán)離域η電子共軛體系。它們電荷轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)移反應(yīng)的量子效率較高，具有良好的電子緩沖性和光電磁性，良好的剛?cè)嵝院洼^好熱穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性。因此，卟啉類有機(jī)半導(dǎo)體材料是一類很有前途的材料，其在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用已得到廣泛研究。元素周期表中幾乎所有的金屬和一些非金屬元素都可以與卟啉作用形成配合物。在這些化合物中，包括了大部分的主族和副族金屬元素，一些鑭系金屬(Pr，Eu，Yb等)也己經(jīng)合成。由于卟啉是具有18個(gè)π電子的大共軌體系，其環(huán)內(nèi)電子流動(dòng)性非常好，因此，大多數(shù)含金屬卟啉化合物都有較好的光電性質(zhì)。三苯胺類化合物因具有良好的光學(xué)性能和ρ型載流子傳輸性能而被廣泛的應(yīng)用到有機(jī)光電等領(lǐng)域。通過設(shè)計(jì)具有特定HOMO能級(jí)的空穴傳輸材料或在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上引入給/吸電子基團(tuán)改變HOMO能級(jí)可以實(shí)現(xiàn)傳輸材料與電荷產(chǎn)生材料的有效匹配。三苯胺類化合物在電場(chǎng)作用下能夠形成胺離子自由基，具有較高的空穴遷移率。引入烷基、烷氧基或其他取代基可改善三苯胺類化合物的溶解性，方便成膜，降低器件制備成本。除此之外， 由于苯環(huán)之間的空間相互作用，三苯胺呈現(xiàn)出非平面的幾何構(gòu)型，三苯胺及其衍生物的空間構(gòu)型介于平面構(gòu)型和各向同性的四面體構(gòu)型之間。這種準(zhǔn)三維的立體構(gòu)型，可以阻止分子間緊密的η堆積，進(jìn)而減少了這類衍生物形成晶體的可能。因此，三苯胺類化合物以其較好的給電子性、較低的離子化電位較高的空穴遷移率、較好的溶解性與無(wú)定形成膜性與光穩(wěn)定性成為研究的熱點(diǎn)之一。近年來，含硅共軛聚合物在光電功能材料的研究中也受到越來越多的重視。一方面是由于硅原子以化學(xué)鍵形式結(jié)合到基于碳?xì)涞虻膫鹘y(tǒng)共軛聚合物中，能顯著改變聚合物的電子結(jié)構(gòu)和分子狀態(tài)，從而調(diào)控聚合物的光電性能；另一方面，硅是一種廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子電器等行業(yè)的無(wú)機(jī)功能材料，含硅共軛聚合物作為一種有機(jī)_無(wú)機(jī)雜化材料具有很高的研究和開發(fā)價(jià)值。硅芴是良好的光電基團(tuán)，具有很好的熱穩(wěn)定性，以及較低的最低未占有軌道(LUMO)和較高的三線態(tài)能級(jí)，從而具有較高的電子親和力和較高的電子注入和傳輸能力，并可以用作主體材料。然而含有硅芴的含金屬卟啉_三苯胺的有機(jī)半導(dǎo)體材料至今仍沒有文獻(xiàn)和專利報(bào)道，這就大大限制了有機(jī)半導(dǎo)體材料的應(yīng)用范圍。。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含金屬卟啉_三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料，其可以解決上述問題。本發(fā)明的目的還在于提供該含金屬卟啉_三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明所涉及的含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料，具有以下結(jié)構(gòu)(I)
權(quán)利要求
1.一種具有如下通式(I)的含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料，其特征在于，所述金屬離子為 Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Sn2+。
3.一種含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟步驟Si、將二溴三苯胺(Y)加入到第一有機(jī)溶劑中，用液氮/異丙醇降溫至-78°c，滴加n-BuLi，然后在-78V反應(yīng)0. 5_5h，再加入2-異丙氧基_4，4，5，5-四甲基-1,3, 2- 二雜氧戊硼烷(X)，在_78°C下反應(yīng)0. 5-5h，然后自然升溫至室溫，反應(yīng)l-48h后，得到4，4’- 二 (4，4，5，5_四甲基-1，3，2-二雜氧戊硼烷)三苯胺(G)；反應(yīng)式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟Sl中，所述第一有機(jī)溶劑為無(wú)水四氫呋喃、乙醚或者二氧六環(huán)中的至少一種；所述2-異丙氧基-4，4，5，5-四甲基-1， 3，2-二雜氧戊硼烷(X)的摩爾量為二溴三苯胺(Y)的摩爾量的2 4倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述第一催化劑為丙酸或三氟乙酸中的至少一種；所述氧化劑為二氯二氰基苯醌；所述第二有機(jī)溶劑為三氯甲烷、二氯甲烷中的一種或兩種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述溴化劑為N-溴代丁二酰亞胺；所述第三有機(jī)溶劑為四氫呋喃、氯仿、二甲基酰胺或鄰二氯苯中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述第四有機(jī)溶劑為三氯甲烷、四氫呋喃、苯、甲苯或二氯甲烷中的至少一種；所述含M金屬離子的溶液中，M金屬離子選自Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2\Mn2\Ni2+、Pb2+或Sn2+中的一種，溶劑為甲醇、乙醇或水中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中， 所述第二催化劑為有機(jī)鈀或有機(jī)鈀與有機(jī)磷配體的混合物；所述第二催化劑的摩爾用量為4，4，- 二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2- 二雜氧戊硼烷)三苯胺(G)摩爾用量的0.01%-20% ；所述第五有機(jī)溶劑為四氫呋喃、二氯甲烷、氯仿、二氧六環(huán)、二甲基酰胺、乙二醇二甲醚、二甲基亞砜、苯、氯苯或甲苯中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)鈀為Pd2(dba) 3、Pd (PPh3) 4、 Pd(OAc)2或Pd (PPh3)2Cl2 ；所述有機(jī)磷配體為P (O-TOl)3、三環(huán)己基膦。
10.一種權(quán)利要求1所述的含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料在有機(jī)太陽(yáng)能電池，有機(jī)電致發(fā)光器件，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，有機(jī)光存儲(chǔ)，有機(jī)非線性器件和有機(jī)激光器件等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子材料領(lǐng)域，其公開了一種含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料及其制備方法和應(yīng)用；該含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料具有結(jié)構(gòu)式(I)式中n為1-100間的整數(shù)，R1，R2，R3，R4為H、C1-C32的烷基、苯基、含有一個(gè)或多個(gè)C1-C32的烷基苯或烷氧基苯；M為金屬離子。本發(fā)明提供的一種含金屬卟啉-三苯胺有機(jī)半導(dǎo)體材料，光吸收范圍寬，提高了其對(duì)太陽(yáng)光的利用率；還具有較好的熱穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性。此外，其制備方法工藝簡(jiǎn)單、易于操作和控制。
文檔編號(hào)H01L51/46GK102453233SQ20101052378
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者劉貽錦, 周明杰, 黃杰 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司