[发明专利]可溶性聚噻吩衍生物及其于光电组件的应用

说明书

本发明提供一具备共平面基团的可溶性聚噻吩衍生物，此噻吩‑对苯撑基‑噻吩为主的共平面基团可增加分子内共轭程度以及帮助分子间的π‑π作用力，进而提升材料的载子迁移率。本发明还涉及此可溶性聚噻吩衍生物于有机薄膜晶体管、有机发光二极管及有机太阳能电池等光电组件上的应用。

技术领域

本发明是涉及一种具备共平面基团的可溶性聚噻吩衍生物，以及该可溶性噻吩衍生物于光电组件的应用。

背景技术

近年来，高分子半导体材料(polymeric semiconductor material)因具有半导体与光电特性，可应用于许多光电组件上，如有机薄膜晶体管(organic thin-filmtransistor，OTFT)、有机太阳能电池(organic solar cell)、有机发光二极管(organiclight emitting diode，OLED)与光传感器上。再加上材料本身具有高分子的特性，可通过溶液涂布技术制成光电组件的主动层薄膜，形成质轻、价格便宜、制备工艺方便以及大面积化的可挠式光电组件。

目前高分子半导体材料发展的主流以共轭高分子(conjugated polymer)为主，即主链以共轭型态相连，支链则以增加溶解度为主要功能。然而，共轭高分子应用于光电组件上的主要缺点为载子迁移率(carrier mobility)相当低，所以局限了组件的使用。因此有许多研究团队相继投入共轭高分子材料的合成，研发具有更高载子迁移率的材料，进一步提升光电组件的效能。

在有机薄膜晶体管的应用上，最早的主动层材料为聚噻吩(polythiophene)，其载子迁移率只有10^-5cm²/Vs，之后有研究学者相继合成出聚(3-己烷基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)，P3HT)、聚(9，9-二辛基芴基-双噻吩)(Poly(9，9-dioctylfluoreneco-bithiophene，F8T2)、五环素(pentance)等材料，其载子迁移率可以提升至10^-2～10^-3cm²/Vs。

在有机太阳能电池的应用上，其主动层材料也必需是高迁移率的电子与空穴传输材料，否则因为光激或电激生成的电荷会经由复合而消散，而降低有机太阳能电池的光电转换效率(power conversion efficiency)。于1979年，有研究结合一电子予体(donor)与电子受体(acceptor)材料，提出异质接面的技术，使得有机太阳能电池有突破性的发展，当时光电转化效率约为1％，后来还发展 各种高分子当电子予体材料，结合碳60当电子受体材料，例如：聚2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-苯撑基乙烯)(poly[2-methoxy-5-(2’-ethylhexyloxy)-1，4-phenylenevinylene]，MEH-PPV)掺混碳60；聚(3-己烷基噻吩)(P3HT)掺混苯基-碳61-丁酸甲酯(PCBM)，其光电转换效率提升至3.5％。2006年D.Muhlbacher团队合成出低能阶共轭高分子环戊二噻吩衍生物(poly[2，6]-(4，4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopental[2，1-b；3，4-b’]dithiophene)-alt-4，7-(2，1，3-benzothiadiazole，PCPDTBT)，其掺混PC₇₁BM的光电转换效率可达3.2％。(详细文献请参见D.Muhlbacher，M.Scharber，M.Morana，Z.Zhu，D.Waller，R.Gaudiana，C.Brabec，“High photovoltaicperformance of a low-bandgap polymer”，Adv.Mater，18，pp.2884-2889(2006).)

上述提及的聚(3-己烷基噻吩)(P3HT)、聚(9，9-二辛基芴基-双噻吩)(F8T2)及环戊二噻吩衍生物(PCPDTBT)的高分子是由噻吩衍生物聚合而成，其主链都以噻吩类共轭环状分子为主，故在高分子长链分子互相吸引下，帮助分子间的π-π作用力，进而提升材料的载子迁移率。