[发明专利]一类萘四羧酸二酰亚胺有机半导体材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机半导体材料，更具体的涉及一类萘四羧酸二酰亚胺有机半导体材料。

本发明还涉及一类萘四羧酸二酰亚胺有机半导体材料的制备方法及其应用。

背景技术

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。聚合物太阳能电池因为原料价格低廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优点而备受关注，如果能够将其能量转化效率提高到接近商品硅太阳能电池的水平，其市场前景将是非常巨大的。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE(N.SSariciffci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，et al.Science，1992，258，1474)上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。目前，聚合物太阳能电池的研究主要集中于给体、受体共混体系，采用PTB7与PC₇₁BM共混体系的能量转化效率已经达到7.4％(Y.Liang et al.，Adv.Mater.；DOI：10.1002/adma.200903528)，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体器件相对较低的载流子迁移率，器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利用以及载流子的电极收集效率低等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

萘四羧酸二酰亚胺单元作为一种具有强吸电子能力的优良受体单元，在光电材料中的应用非常广泛。萘四羧酸二酰亚胺化合物含有大的平面共轭体系和良好的分子共平面性，分子间大π键的相互作用很强。含有萘酰亚胺单元的聚合物具有高的电子和空穴传输性质，优异的电化学还原性质等等。并且萘酰亚胺单元具有较强的可修饰性，可以利用简便的方法引入烷基链提高溶解度，因此在光电材料中有着广泛的应用。

氮-烷基双噻吩[3，2-b：2′，3′-d]吡咯具有完全平面的晶体结构------它的结构单元中的两个噻吩环在同一个平面上。这种结构可以有效延长聚合物的共轭性能，降低聚合物的带宽。并且这种共平面结构使得载流子在两个主链之间转移变得更加容易，从而增加了载流子迁移率。所以基于以上的性质，氮-烷基双噻吩[3，2-b：2′，3′-d]吡咯结构单元的聚合物在有机太阳能电池方面有着非常广泛的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一类萘四羧酸二酰亚胺有机半导体材料。

本发明的目的还在于提供一类萘四羧酸二酰亚胺有机半导体材料的制备方法，以及该有机半导体材料在聚合物太阳能电池，有机电致发光，有机场效应晶体管，有机光存储，有机非线性材料和有机激光等领域中的应用。

本发明所述的一类萘四羧酸二酰亚胺有机半导体材料具有以下结构：

式中，x+y＝2；1≤x＜2，0＜y＜1；1＜n≤100；R₁为C₁～C₂₀的烷基；R₂为C₁～C₂₀的烷基、苯基、C₁～C₂₀的烷基或C₁～C₂₀的烷氧基单取代或多取代的苯基。

本发明所设计的一类萘四羧酸二酰亚胺有机半导体材料，其制备方案如下：

无氧环境中，催化剂和第一有机溶剂存在条件下，将2，6-双三甲基锡-氮-烷基双噻吩[3，2-b：2′，3′-d]吡咯、2，6-二溴-氮-烷基双噻吩[3，2-b：2′，3′-d]吡咯和N，N’-二-取代-2，6-二溴-1，4，5，8-萘四羧酸二酰亚胺按摩尔比为m∶p∶q于温度为60～132℃下，进行Stille偶合反应24～72小时后，得到所述一类萘四羧酸二酰亚胺有机半导体材料；

其反应式如下：