一种有机半导体材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机光电材料技术领域，特别涉及一种有机半导体材料及其制备方法 及应用。
【背景技术】
[0002] 在当今世界，能源问题已成为全人类共同关注的问题。随着不可再生化石能源的 不断消耗，环境污染问题的不断恶化，人们急切地寻求并开发利用各种可再生的清洁能源。 其中，由于太阳能是取之不竭，用之不尽的清洁能源，将太阳能转化为电能的太阳电池的研 究受到了各国的高度重视。近年来，有机光伏器件因其具有质量轻，加工简易，成本低W及 能制成大面积的柔性器件等诸多优点，成为太阳电池的研究热点，其中单层聚合物太阳电 池最高能量转换效率已经超过10%值01:10. 1038/ncomms6293)，具有十分广大的商业应 用前景。
[0003] 相对于无机半导体太阳电池，有机太阳电池的效率还是偏低。为了提高其光电 转换效率，科学家们通过材料化学结构的优化，器件结构的优化，器件制备条件的调控多 角度入手，进行了深入的研究。其中，光活性层材料的改进，尤其是对共辆聚合物结构 的优化与调整，是聚合物太阳电池的研究重点。近年来，大量应用于聚合物太阳电池光 活性层的共辆聚合物被设计与合成出来，并取得了相应的进展与突破。如苯并二喔吩 炬DT)单元作为一种对称性的共辆分子结构，广泛应用于光电领域，基于BDT单元的场效 应晶体管的迁移率达到了 0. 25cm2rVi，基于抓T单元的单层聚合物太阳电池发展到目 前效率已经达到 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，设计和开发新型的共辆聚合物单元及材料对发展聚合物 太阳电池是至关重要的，该将为不久的将来有机光伏电池的商业化打下坚定的基础。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种有机半导 体材料，使聚合物的平面性更好，提高其电荷的迁移率，有利于电荷的传输，有望得到更好 的器件性能。
[0005] 本发明的目的之二在于提供上述有机半导体材料的制备方法，简单方便，产率高， 后处理简单，便于提纯。
[0006] 本发明的目的之H在于提供上述有机半导体材料的应用。
[0007] 本发明的目的通过W下技术方案实现：
[0008] 一种有机半导体材料，其结构式如下：
[0009]
【主权项】
1. 一种有机半导体材料，其特征在于，其结构式如下：
其中，Ar为缺电子性共轭单元；π为含有碳碳双键、碳氮键的共轭单元；〇〈x〈l，〇〈y〈l， x+y = I ;m为O到10000的自然数；η为1到10000的自然数； R1为具有1到30碳原子数的烷基链。
2. 根据权利要求1所述的有机半导体材料，其特征在于，所述Ar为亚乙烯基、亚乙炔 基、亚芳基、杂亚芳基或通过单键连接的2-6个亚芳基所形成的基团；或者，Ar为亚乙烯基、 亚乙炔基、亚芳基、杂亚芳基或通过单键连接的2-6个亚芳基中的一个或多个碳原子被氧 原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氢原子被卤原子、氧 原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氣基、撰基、竣基、醋基、氛基或硝基取代形成的基团。
3. 根据权利要求1所述的有机半导体材料，其特征在于，所述Ar为苯并噻二唑、苯并三 唑、萘并噻二唑、萘并三唑、吡咯并吡咯二酮、靛蓝、异靛蓝、喹喔啉、萘二酰亚胺、茈二酰亚 胺、噻吩并酰亚胺或喹喔啉。
4. 根据权利要求1所述的有机半导体材料，其特征在于，所述Ar为以下结构中的一 种：
其中，R为氢或具有1~30个碳原子的烷基；或者为具有以下结构的烷基：烷基中一个 或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代， 氢原子被卤原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代。
5. 根据权利要求1所述的有机半导体材料，其特征在于，所述π为苯、萘、噻吩、并噻 吩、硒吩、碲吩、呋喃、吡咯、噻咯、噻唑、恶唑或三唑。
6. 根据权利要求1所述的有机半导体材料，其特征在于，所述π为以下结构中的一 种：
其中，R为氢或具有1~30个碳原子的烷基；或者为具有以下结构的烷基：烷基中一个 或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代， 氢原子被卤原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代。
7. 根据权利要求1所述的有机半导体材料，其特征在于，所述R i为具有1到30碳原子 数的烷基链，其中，烷基链中的一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、 羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氢原子被齒原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨 基、撰基、竣基、醋基、氛基或硝基取代。
8. 权利要求1~7的所述有机半导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)将式2所示的化合物和式3所示的化合物在一价铜的催化作用下发生点击化学反 应，得到式4所示的化合物；
其中，Y为氢原子、三甲基硅基或者三异丙基硅基，X为氢原子、卤原子、硼酸基团、硼酸 酯基团或三烷基锡基团；R2的定义等同于R1; (2)以式4所示的化合物为原料，通过聚合反应合成如式1所示的有机半导体材料。
9.权利要求1~7所述有机半导体材料在有机光电器件中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种有机半导体材料，含4,4’-双1H-1,2,3-三唑基苯并二噻吩单元和芳香基团，芳香基团与4,4’-双1H-1,2,3-三唑基苯并二噻吩单元以共轭方式连接。本发明还公开了上述有机半导体材料的制备方法，通过由含双炔基苯并二噻吩单体与含叠氮基的烷基链通过点击化学制备而成。与现有技术相比，本发明的有机半导体材料有利于分子间的π-π堆积，使聚合物的平面性更好，有利于器件性能的提高；本发明的制备方法简单方便，产率高，后处理简单，便于提纯。
【IPC分类】H01L51-46, C08G61-12
【公开号】CN104672434
【申请号】CN201510041531
【发明人】黄飞, 谢锐浩, 曹镛
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月27日