一種含苯并雙噻吩和噻吩的半導(dǎo)體聚合物、制備及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的共軛半導(dǎo)體聚合物包括，聚[[2,6’-4,8-雙(5-乙基己基噻吩基)苯并[1,2-b；3,3-b]雙噻吩][3-氟代-2[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩取代基]]，該物質(zhì)在本發(fā)明中簡寫為半導(dǎo)體聚合物SCP-P，此聚合物能溶解在一般有機(jī)試劑中因而能制作成薄膜裝置例如有機(jī)光伏裝置（OPV），有機(jī)光檢測裝置，有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)和有機(jī)傳感器。
【專利說明】-種含苯并雙唾吩和唾吩的半導(dǎo)體聚合物、制備及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體聚合物領(lǐng)域及它們在光電和電子裝置中的應(yīng)用。特別的，本發(fā) 明涉及的共輛半導(dǎo)體聚合物包括，聚[[2, 6' -4, 8-雙巧-己基己基喔吩基）苯并[l，2-b; 3, 3-b]雙喔吩][3-氣代-2 [ (2-己基己基）撰基]喔吩并巧，4-b]喔吩取代基]]，該物質(zhì) 在本發(fā)明中簡寫為半導(dǎo)體聚合物SCP-P，此聚合物能溶解在一般有機(jī)試劑中因而能制作成 薄膜裝置例如有機(jī)光伏裝置（0PV)，有機(jī)光檢測裝置，有機(jī)薄膜晶體管（0TFT)和有機(jī)傳感 器。

【背景技術(shù)】
[0002] 共輛聚合物是指至少包括一個交替雙鍵和單鍵主鏈的有機(jī)高分子。由于單雙鍵交 替形成n軌道碳原子的P,軌道發(fā)生中間化即單雙鍵變得相似，雙鍵重疊部分同樣也覆蓋 在單鍵上，n電子更容易的從一個鍵移動至另一個鍵，使得共輛聚合物成為一類有機(jī)半導(dǎo) 體。原則上，可使用無機(jī)半導(dǎo)體構(gòu)造的裝置，如二極管，光檢測裝置和晶體管，也可使用半導(dǎo) 體聚合物來構(gòu)造。
[0003] 半導(dǎo)體聚合物最初開發(fā)應(yīng)用在將電直接轉(zhuǎn)化為可見光的發(fā)光二級管中，也就是有 機(jī)發(fā)光二極管（0LED)。近年來隨著低能級差聚合物的發(fā)展，研究者對在有機(jī)光伏裝置（0PV 或更具體將其歸為塑料太陽能電池JSC)使用該些半導(dǎo)體聚合物的興趣飛速增長。該些裝 置將太陽光轉(zhuǎn)化為電。塑料太陽能電池易加工，低密度，廉價，富有各種顏色，面積大，預(yù)示 著其在大規(guī)模發(fā)電領(lǐng)域的巨大潛力。
[0004] 在傳統(tǒng)的太陽能電池中，聚合物半導(dǎo)體作為電子給體材料與受體材料如富勒帰衍 生物相混合，此混合物夾在一層透明高功函正極(也稱陽極，如IT0或修飾過的口0)和一層 低功函金屬負(fù)極(也稱作陰極，如鉛或者修飾過的鉛)之間。塑料太陽能電池的效率，也稱為 光電轉(zhuǎn)換效率（PCE)，該數(shù)值與短路電流、開路電壓和填充因子成正比。若要半導(dǎo)體聚合物 有效的應(yīng)用在塑料太陽能電池制作過程中，需注意W下參數(shù)。
[0005] 首先，半導(dǎo)體聚合物需要在可見光和近紅外區(qū)域有一個寬和強(qiáng)的吸收峰與太陽光 相匹配從而增加短路電流。從能級方面來講，該意味著能極差Wg)較窄，能級差定義為最低 空置分子軌道（LUM0)和最高占據(jù)分子軌道（HOMO)能級之間的差值。
[0006] 第二，不僅需要LUM0和HOMO能級差較小，而且在給體和受體的界面為了促進(jìn) 激子分離和得到更高的開路電壓，LUM0和HOMO能級要在能量上與受體相匹配。
[0007] 第H，為了增加電荷傳輸效率(增加又。）和裝置的填充因子（FF)，半導(dǎo)體聚合物需 要擁有高載流子遷移率。
[0008] 第四，為了從溶液中制備薄膜，半導(dǎo)體聚合物需要在常用有機(jī)試劑中有適宜的的 溶解度。
[0009] 第五，半導(dǎo)體聚合物不但需要能從溶液中成膜，而且所形成膜的形貌需為最佳，并 且給體/受體混合活性層的相互貫穿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在納米-尺度上相分離，上述因素能顯著影 響/s。，K。。，和 FF。
[0010] W上五種參數(shù)之間相互影響，例如，調(diào)節(jié)LUMO和HOMO能級將會改變能帶差，從而 影響到吸附，通過接枝焼基側(cè)鏈能夠提高分子的溶解度，進(jìn)而會影響它們的載流子遷移速 率和形貌。因此為了良好的光電性能，需要在五個影響因素中尋找平衡去優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)。
[0011] 為了達(dá)到上述五種因素最優(yōu)化，許多半導(dǎo)體聚合物已經(jīng)被研究。例如美國專利 8304512公開了一組苯并雙喔吩類聚合物。特別地，美國專利8367798公開了一組基于4， 8-雙長鏈焼基-苯并[l，2-b; 3, 4-b]雙喔吩。最近美國專利8372945進(jìn)一步公開了基于 擁有撰基取代喔吩并巧，4-b]喔吩單元的共輛聚合物塑料太陽能電池活性層材料。
[0012] 盡管研究者們已為塑料太陽能電池活性層材料發(fā)明了如此多的半導(dǎo)體聚合物，但 利用上述材料制造的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率仍然低于那些用無機(jī)物如晶體娃制造的 太陽能電池，其主要原因是在之前的半導(dǎo)體聚合物中，已開發(fā)的用于制備太陽能電池的聚 合物所需的五個參數(shù)還未達(dá)到平衡和優(yōu)化。因此，在技術(shù)層面上需要開發(fā)的半導(dǎo)體聚合物 應(yīng)能夠平衡上述所有參數(shù)，并最終能使所發(fā)明的聚合物制作的半導(dǎo)體裝置效率得W提高。
[0013] 此外，考慮到半導(dǎo)體聚合物制造塑料太陽能電池在工業(yè)規(guī)模上的應(yīng)用，半導(dǎo)體聚 合物制備的重復(fù)性更為重要。如果不是可重復(fù)的材料，公開發(fā)表的數(shù)據(jù)則失去了對比和確 認(rèn)的重要性，相應(yīng)此行業(yè)也失去了規(guī)?；蜕虡I(yè)化的潛力。因此在開發(fā)半導(dǎo)體聚合物的同 時還需要開發(fā)具有可重復(fù)性的工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于平衡上述各因素的同時，提供一種新的半導(dǎo)體聚合物，本專利 中新型聚合物的聚合主鏈?zhǔn)潜讲l，2-b; 3, 3-b]雙喔吩和3-氣-喔吩并巧，4-b]喔吩取 代基，且在苯并[1，2-b; 3, 3-b]雙喔吩和3-氣-喔吩并巧，4-b]喔吩取代基上設(shè)計特定的 取代基使其得到期望性能。
[0015] 本發(fā)明所述的新型聚合物在下文中用分子式SCP-I表示。

【權(quán)利要求】
1. 一種式SCP-I所述的共軛聚合物，
其中： Rl為任何碳原子為1-30的烷基， R2為任何碳原子為1-30的烷基，η彡 10。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物，其特征在于，其中：R1為丙基、異丙基、丁基、異丁基、 正己基、正辛基、2-乙基己基、癸基或十二烷基；R2為丙基、異丙基、丁基、異丁基、正己基、 正辛基、2-乙基己基、癸基或十二烷基。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物，其選自式SCP-P:
4. 聚合物共混物，其包含權(quán)利要求1或2或3所述的一種或多種聚合物。
5. 組合物，其包含權(quán)利要求1-4任一項所述的一種或多種聚合物或聚合物共混物，和 一種或多種溶劑，所述溶劑優(yōu)選有機(jī)溶劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，其特征在于，所述的溶劑為常用有機(jī)溶劑，優(yōu)選氯代 烴或芳香族類溶劑，更優(yōu)選氯仿、氯苯或鄰二氯苯中的一種或幾種的混合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其特征在于，所述的溶劑為：由97% (體積比）的 1，2-二氯苯和3%的1，8-雙碘辛烷組成的混合溶劑。
8. 權(quán)利要求5-7所述的組合物，其特征在于，其成膜方式為滴涂或旋涂法。
9. 制備權(quán)利要求1-7任一項所述的聚合物的方法，通過式Μ-A'所示單體與M-I'、M-II' 或M-III'分別進(jìn)行Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)、直接異芳基芳基化或Stille偶聯(lián)反應(yīng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的聚合物、聚合物共混物或組合物在制作有機(jī)光伏 裝置、有機(jī)光檢測裝置、有機(jī)薄膜晶體管或有機(jī)傳感器中的應(yīng)用。
【文檔編號】H01L51/46GK104448247SQ201310427267
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】肖淑勇, 楊亞麗, 張慧麗 申請人:南京歐納壹有機(jī)光電有限公司