[发明专利]一类含芴有机半导体材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种共聚物，更具体的涉及一类含芴有机半导体材料。

本发明还涉及一类含芴有机半导体材料的制备方法及其应用。

背景技术

高效率太阳能电池通常是以无机半导体为原料，但目前市场上主要的硅晶太阳能电池由于生产过程工艺复杂，污染严重，耗能大，成本高，抑制了其商业化应用的发展。因此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。而有机半导体材料一方面由于有机材料的环境稳定性好、制备成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好；另一方面由于有机太阳能电池加工过程相对简单，可低温操作，器件制作成本也较低等优点而备受关注，成为廉价和有吸引力的太阳能电池材料。除此之外，有机太阳能电池的潜在优势还包括：可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等。

虽然有机太阳能电池得到了较快的发展，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制其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。为了使有机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。

芴由于具有平面分子特性，结构较为刚性，因此化学性质稳定；并且可通过化学反应在9位上引入其它支链，2、7位上易进行过渡金属交叉偶联，因此具有很好的化学可修饰性；另外它还具有相对较宽的带隙和较低的HOMO能级，优良的量子效率、空穴传输性能和成膜性，因此芴及其衍生物被广泛应用于光电材料的研究。

蒽及其衍生物具有很好的稳定性和较好的成膜性；其紫外可见光谱呈现出较宽的手指峰吸收，有利于提高对太阳光的吸收覆盖范围；并且它具有适当的载流子传输特性，其晶体室温下空穴迁移率可达3cm²/V·s，是一类优异的有机半导体材料。虽然蒽及其衍生物作为有机电致发光材料的报道已有很多，但作为有机光伏材料的研究却鲜有报道，这就大大限制了它的应用范围。

而噻吩并[3，4-c]吡咯-4，6-二酮的结构简单，分子中原子位置相对紧凑，且结构具有对称性，当作为共轭聚合物单元时，也有很强的吸电子作用。通过在吡咯环上增加烷烃链，也能很好地增加共轭聚合物的溶解性和加工性。目前，它在有机光电研究领域具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一类含芴有机半导体材料，用于解决上述问题。

本发明的目的还在于提供一类含芴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，有机电致发光器件，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材料等领域中的应用。

本发明所述的一类含芴有机半导体材料具有以下通式(P)：

式中，n为1～100之间的整数；m为1～20的整数；优选m的取值范围为：6～12的整数；

x、y为正实数值，且x+y＝1；且x+y＝1；x、y的数值由三种单元体的投料比决定；

R₁、R₂分别为氢、氟、氰基、C₁～C₄₀的烷基、烷氧基、芳基、或杂芳基；优选R₁、R₂分别为C₁～C₁₈的烷基；

R₃为氢、苯基、C₁～C₂₀的烷基、或C₁～C₄₀芳基烷氧基；优选所述R₃为C₁～C₁₂的烷基，或C₆～C₄₀芳基烷氧基。

本发明所设计的一类含芴有机半导体材料，其制备方案如下：

步骤一：在无水无氧反应条件下，将2，7-二溴-9，9-二烷基芴和正丁基锂(n-BuLi)在-70℃～-85℃下以摩尔比1∶2～4加入至第二溶剂中，然后加入2-异丙氧基-4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二杂氧戊硼烷或双频哪醇合二硼，进行缩合反应12～48小时，得到产物，即2，7-双(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二杂氧戊硼烷基)-9，9-二烷基芴；其中，第二溶剂为四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷或乙酸乙酯中的至少一种；2-异丙氧基-4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二杂氧戊硼烷或双频哪醇合二硼的摩尔用量为2，7-二溴-9，9-二烷基芴的2～4倍；缩合反应式如下：