[发明专利]金属卟啉-喹喔啉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，更具体的涉及一种金属卟啉-喹喔啉有机半导体材料。

本发明还涉及金属卟啉-喹喔啉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。目前用于地面的硅晶电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低电池成本，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。有机半导体材料以其原料易得、廉价、制备工艺简单、环境稳定性好、有良好的光伏效应等优点备受关注。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE(N.S Sariciftci，L. Smilowitz，A.J.Heeger，etal.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，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：有机半导体材料的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，有机半导体相对较低的载流子迁移率以及较低的载流子的电极收集效率等。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。

卟啉分子是在卟吩环上连有取代基的一类大环化合物的总称，卟吩是由四个吡咯环和四个次甲基桥联起来的单双键交替的平面结构大环离域π电子共轭体系。它们电荷转移和能量转移反应的量子效率较高，具有良好的电子缓冲性和光电磁性，良好的刚柔性和较好热稳定性和环境稳定性。因此，卟啉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。元素周期表中几乎所有的金属和一些非金属元素都可以与卟啉作用形成配合物。在这些化合物中，包括了大部分的主族和副族金属元素，一些镧系金属(Pr，Eu，Yb等)也已经合成。由于卟啉是具有18个π电子的大共轨体系，其环内电子流动性非常好，因此，大多数金属卟啉化合物都有较好的光电性质。

喹喔啉是优秀的光电材料单元，具有吸电子特性，它具有高度的电子转移能力，将其与电子给体材料进行匹配，可以降低有机光伏材料的能隙，具有较宽的太阳光吸收。

然而含有硅芴的金属卟啉-喹喔啉的有机半导体材料至今仍没有文献和专利报道，这就大大限制了有机半导体材料的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属卟啉-喹喔啉有机半导体材料，其可以解决上述问题。

本发明的目的还在于提供该金属卟啉-喹喔啉有机半导体材料的制备方法及其应用。

本发明所涉及的金属卟啉-喹喔啉有机半导体材料，具有以下结构(I)：

式中：n为1-100间的整数，R₁，R₂，R₃，R₄为相同或不相同的H、C₁-C₃₂的烷基、苯基、含有一个或多个相同或不相同的C₁-C₃₂的烷基苯或烷氧基苯；M为金属离子，可以但不限于Zn²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Cd²⁺、Pt²⁺、Zr²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺、Sn²⁺等金属离子。

本发明的金属卟啉-喹喔啉有机半导体材料，是采用如下步骤制得：

步骤S1：将二吡咯甲烷(A)、第一硅芴衍生物(B)以及第二硅芴衍生物(C)按摩尔比i∶j∶k溶于含有氧化剂和第一催化剂的第一有机溶剂中，并于20-100℃下反应1-24小时，得到硅芴卟啉衍生物(D)，反应式如下：

其中，i∶j∶k＝1∶1～100∶1～100，且i＝+k，i≥j＞0；第一催化剂采用有机酸，如丙酸、三氟乙酸；氧化剂可以采用二氯二氰基苯醌(DDQ)，第一有机溶剂可以为三氯甲烷或二氯甲烷中的一种或两种；

步骤S2：将步骤S1中得到的硅芴卟啉衍生物(D)和溴化剂按摩尔比1∶2～1∶5溶于第二有机溶剂中，于0～120℃下反应1～72小时，得到二溴硅芴卟啉衍生物(E)，在0-120℃条件下反应1～72小时，得到二溴硅芴卟啉衍生物(结构式为e)；反应式如下：