[发明专利]吡咯并[3,2-B]吡咯-2,5-二酮和它们作为有机半导体的用途

说明书

发明领域

本发明涉及基于吡咯并[3,2-b]吡咯-2,5-二酮的新型化合物，它们的制备方法和其中使用的中间体，含有它们的混合物和组合物，化合物、混合物和组合物在有机电子（OE）器件、特别是在有机光伏（OPV）器件中作为半导体的用途，并涉及包含这些化合物、混合物或组合物的OE和OPV器件。

背景和现有技术

近年来存在着对于包括共轭聚合物和小分子的有机半导体用于各种电子应用的增长的兴趣。

一个特别重要的领域是有机光伏器件(OPV)领域。已经发现了有机半导体(OSC)在OPV中的用途，因为它们容许通过溶液加工技术如旋转铸模、浸渍涂覆或喷墨印刷来制造器件。与用于制造无机薄膜器件的蒸发技术相比，溶液加工可以更廉价且更大规模地进行。已经开发了众多的用于溶液可加工OPV器件的小分子，例如在Thuc-Quyen Nguyen等人，Chem.Mater.2011,23,470　482中公开的。然而，器件的功率转换效率仍然普遍偏低。一个特别的例子已经证明了向更高的功率转换效率迈进的重要一步；与C₇₀富勒烯结合的基于斯夸苷的小分子已经显示了在溶液加工的OPV器件中5.2%的功率转换效率，如在Stephen R.Forrest等,Adv.Ener.Mater.DOI:10.1002/aenm.201100045中公开的。

另一个重要的特别区域是有机薄膜晶体管（OTFT）或有机场效应晶体管（OFET）领域，其用于例如RFID标签中或在液晶显示器的背板中。

与传统的Si基FET相比，有机TFT可以更成本有效地通过溶液涂布法（例如旋涂、浸涂、滴铸和更有效地喷墨打印）制造。OSC的溶液加工要求分子材料在无毒溶剂中足够溶解，在溶液状态稳定，当溶剂蒸发时易结晶，并用低关断电流提供高的电荷载流子迁移率。

然而，现有技术中已经提出用于OPV器件的OSC材料仍然遭受某些缺点。例如，许多聚合物在常用的有机溶剂中溶解性有限，这可能抑制其在基于溶液加工的器件制造方法的适用性，或在OPV体异质结器件中仅显示有限的功率转换效率，或只有有限的电荷载流子迁移率，或难以合成并需要不适合大规模生产的合成方法。

在用于OFET和OTFT的OSC材料的情况下，当前可用的OSC材料也仍然有一些重大的缺点，如低的光和环境稳定性，特别是在溶液状态中，和低的相变温度和熔点。另外对于要求更高的源极和漏极电流的未来的OLED背板应用而言，目前可用的材料的迁移率和可加工性需要进一步改进。

在现有技术中已经提出将基于具有下列结构的3,6-二氧杂吡咯并[3,4-c]吡咯（DPP）单元的小分子和聚合物（其中R例如是烷基或芳基），

用作有机电子器件如高分子发光二极管（PLED）、有机场效应晶体管（OFET）、OPV器件或有机激光二极管中的电致发光或者电荷传输材料，如公开在例如WO 05/049695 A1或WO 08/000664 A1中。

然而，据报道对于DPP基材料的一些应用仍然有局限性。例如，据报道，基于DPP基低聚物和C₆₀或C₇₀富勒烯的p/n-型共混物的溶液加工的OPV器件的功率转换效率被限制在4.4％，主要是由于低的外部量子效率（EQE）和填充因子（FF），如在Thuc-Quyen Nguyen等,Adv.Funct.Mater.2009,19,3063-3069中所公开的。最有可能DPP-基低聚物和富勒烯之间的体异质结形成非最佳形态。

因此，仍然对易于合成、特别是适合于大量生产的方法的有机半导体（OSC）材料有需求，该材料显示出良好的组织结构和成膜性能，表现出良好的电子特性、尤其是高的电荷载流子迁移率，良好的加工性、特别是在有机溶剂中的高溶解性，以及在空气中的高稳定性。

对于在OPV电池中的使用而言，需要具有低的能带隙的OSC材料，这使得与现有技术的化合物相比改进由光敏层的光捕获并可以导致更高的电池效率成为可能。

对于在OTFT中的使用而言，需要显示良好的电性能特别是高的电荷载流子迁移率、良好的可加工性和高的热稳定性和环境稳定性、尤其是在有机溶剂中高溶解性的材料。