[发明专利]噻吩并(3,4－D)噻唑的单体、低聚物和聚合物

说明书

发明领域

本发明涉及包含噻吩并噻唑基团的新型单体-、低聚-和聚合化合物。本发明进一步涉及它们作为半导体或电荷输送材料在光学、电光学或电子器件中的用途。本发明进一步涉及包含该新型化合物的光学、电光学或电子器件。

背景和现有技术

近年来，越来越关注聚合物用于电子应用领域的用途。一个具体的重要领域是有机光伏材料(OPV)。聚合物已经在OPV中应用，这是因为它们允许通过溶液加工技术，例如旋转浇注、浸涂或喷墨印刷来制造器件。与用于制造无机薄膜器件的蒸发技术相比溶液加工可以更便宜且更大规模地进行。目前，聚合物基器件实现了最高达到4-5％的效率。这明显低于通过无机器件可达到的效率，其通常最高为25％。

目前在OPV器件中实现最高效率的聚合物类型是聚(3-烷基-噻吩)。由于其广泛可得性和良好的吸收特性，最常用的实例是聚(3-己基-噻吩)，P3HT。P3HT在480-650纳米范围内强烈地吸收，最高峰值吸收在560纳米。这意味着相当大部分的太阳光没有被吸收。

为了改进OPV器件的效率，需要吸收更多来自更长波长范围(650-800纳米)的光的聚合物。为此，需要具有低带隙，优选小于1.9eV的聚合物，但例如P3HT具有～2.0eV的带隙。

在具有高醌型份额(contribution)的多芳族共轭聚合物中获得了低带隙。聚(噻吩)，例如，可以以如下所示的芳族和醌型状态存在：

醌型结构降低了相邻环之间的扭矩，这产生更平面的聚合物骨架，从而使有效共轭长度扩大。在共轭聚合物中通常观察到共轭长度的提高导致带隙降低。

醌型结构可以通过将芳环稠合到噻吩骨架上来稳定化。只有当骨架处于醌型状态时稠环才是完全芳族的。这意味着强烈要求该聚合物处于醌型状态。之前的著作(参见J.Roncali，Chem.Rev.，1997，97，173和其中所引的参考文献)已经证实如下所示的苯并或萘并稠合噻吩用于降低带隙的用途：

但是，在这些情况下，该稠合六元环会通过与相邻噻吩单体的相互作用引起空间张力。这可能导致骨架中不合意的扭曲，有效共轭同时降低。通过稠合五元环降低了空间相互作用。如下所示的一个相关实例显示了稠合噻吩环的应用：

但是，这种结构在合成上非常复杂(M.Pomerantz，X.Gu和S.X.Zhang，Macromolecules，2001，34(6)，1817)。

本发明的目标是提供用作半导体或电荷输送材料的新型材料，其具有上述所需性能，尤其是低带隙、高电荷迁移率、良好的加工性能和氧化稳定性，此外容易合成。本发明的另一目标是提供新型半导体和电荷输送部件，和包含这些部件的新型和改进的电光学、电子和发光器件。根据下列描述，本领域技术人员能立即明白本发明的其它目标。

本发明人已经发现，通过提供如本发明中所要求保护的单体、低聚物和聚合物，可以实现这些目标，该单体、低聚物和聚合物包含下列结构的2-取代噻吩并[3，4-d]噻唑-6，4-二基单元：

本发明的材料包含稠合到噻吩上的5元噻唑环。这不仅与噻吩相比提高了醌型份额，还更加贫电子，这也有助于通过如下所示吸引电子密度来改进稳定性：

I.T.Kim，S.W.Lee和J.Y.Lee，Polymer Preprints，2003，44(1)，1163公开了均聚物聚(2-壬基)噻吩并[3，4-d]噻唑：

该参考文献给出关于用作低带隙导电聚合物的均聚物的合成和表征的细节。该均聚物在650-800纳米区域内吸收，最高峰值吸收在725纳米。使用UV-vis-NIR的谱带边沿和循环伏安法计算出的该聚合物的带隙分别为1.3eV和1.26eV。但是，该聚合物由电化学制备，这不利于大规模制备。此外，在此参考文献中没有描述共聚物。

发明概述

本发明涉及包含一个或多个任选在2-位被取代的噻吩并[3，4-d]噻唑-6，4-二基的单体型、低聚和聚合化合物，条件是排除2-壬基-噻吩并[3，4-d]噻唑-6，4-二基的均聚物。

本发明进一步涉及使用式I的化合物作为半导体、电荷输送或发光材料的用途。

本发明进一步涉及包含至少一种式I的化合物的半导体、电致发光或电荷传输材料、部件或器件。