[发明专利]一类噻吩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，更具体的涉及一类噻吩有机半导体材料。本发明还涉及一类噻吩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.SSariciftci，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％左右，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。

由于噻吩是五元环结构，符合休克儿规则，具有适中的能带隙，较宽的光谱响应，较好的热稳定性和环境稳定性，因此噻吩类有机半导体材料是一类很有前途的材料，其在光伏领域的应用已得到广泛研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一类噻吩有机半导体材料，用以解决上述问题。

本发明的目的还在于提供一类噻吩有机半导体材料的制备方法。

本发明的目的还在于提供一类噻吩有机半导体材料在聚合物太阳能电池，有机场效应晶体管，有机电致发光器件，有机光存储，有机非线性材料和有机激光器件等领域中的应用。

本发明所述的一类噻吩有机半导体材料，具有以下通式(P)：

式中：x+y＝2；1≤x＜2，0＜y≤1；1＜n≤100；R₁、R₄为C₁-C₂₀的烷基；R₂、R₃为氢、C₁～C₂₀的烷基；或R₂、R₃为C₁～C₂₀的烷基或C₁～C₂₀的烷氧基取代的苯基；或R₂、R₃为苯基；优选n的取值范围为：6≤n≤61。

本发明还涉及了一种制备上述一类噻吩有机半导体材料的制备方案，其包括如下步骤：

无氧环境中，将结构式为的4，4-二烷基-2，6-双三甲基锡-环戊二烯[2，1-b：3，4-b′]二噻吩、结构式为的4，4-二烷基-2，6-二溴-环戊二烯[2，1-b：3，4-b′]二噻吩，以及结构式为的5，8-二-(5-溴-4-烷基-2-噻吩基)-2，3-二取代-喹喔啉按摩尔比为m∶j∶k添加入含第一催化剂的第一有机溶剂中，于60-132℃条件下进行Stille反应24～72小时，得到结构式为的所述噻吩有机半导体材料；其中，x+y＝2；1≤x＜2，0＜y≤1；1＜n≤100；R₂、R₃为氢、C₁～C₂₀的烷基；或R₂、R₃为C₁～C₂₀的烷基或C₁～C₂₀的烷氧基取代的苯基；或R₂、R₃为苯基；m＝j+k；优选n的取值范围为：6≤n≤61；反应式如下

上述噻吩有机半导体材料的制备方法中，还包括所述5，8-二-(5-溴-2-噻吩基)-2，3-二取代-喹喔啉的制备过程，制备步骤如下：

将3，6-二溴-邻苯二胺和烷基乙二酮混合反应，制得5，8-二溴-2，3-二取代-喹喔啉；反应式如下：