[发明专利]一种共轭聚合物半导体材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种共轭聚合物半导体材料、制备方法及应用，属于有机聚合物半导体材料领域。共轭聚合物为D1‑D2‑A‑D2结构型，其中，D1，D2代表具有给电子能力的基团，A代表具有拉电子能力的基团，D1，D2和A独立的代表未取代或含有取代基的下述基团中的任意一种：单环亚芳基，双环亚芳基、含至少三个环的亚芳基、单环杂亚芳基、双环杂亚芳基和含至少三个环的杂亚芳基。本发明提供的聚合物具有性能精确可控，结构多样化的特征，应用于有机聚合物太阳能电池，能有效提升共轭半导体聚合物的性能，无需采用溶剂添加剂或后期退火的方式，即可取得7.4%的光电转换效率，制备得到高性能太阳能电池，并简化了电池的制备工艺。

技术领域

本发明涉及一种共轭聚合物半导体材料、制备方法以及应用，属于有机聚合物半导体材料领域。

背景技术

低温溶液法制备有机光电子器件是目前科技界和工业界关注的热点，而决定有机光电子器件产品化、商业化的最大障碍是产品的性能和成本。由于目前有机光电子器件的性能主要取决于所采用的有机分子的性能，所以开发新型的有机分子材料将是解决未来能量储存，光电转换，开发高效廉价半导体器件等关键（参见文献：Y.-J. Cheng, S.-H.Yang, C.-S. Hsu, Chem. Rev. 2009, 109, 5868）。

在过去的十多年中，高性能有机半导体材料的研发取得了长足的发展，在有机太阳能电池，有机发光二极管和有机场效应晶体管中也取得了优异的性能(参见文献：J. H.Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. Mackay, R. F.Friend, P. L. Burn, A. B. Holmes, Nature. 1990, 347, 539; M. A. Baldo, D. F.O’Brien, A. Shoustikow, S. Sibley, M. E. Thompson, S. R. Forrest, Nature1998, 395, 151.)，但是，与商业化的性能门槛相比还有不少的距离，然而，有机分子材料具有结构可设计性，性能可控，能进行低温溶液价格，可制备柔性半透明的大面积器件，这些独特的优势给有机光电子器件带来了广阔的研发前景，以有机聚合物太阳能电池为例，2000年诺贝尔化学奖得主Alan J. Heeger等在文献中（G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen,F. Wudl, A. J. Heeger, Science 1995, 270, 1789）首次报道通过溶液旋涂方法制备得到以聚（3-己基）噻吩和富勒烯衍生物（PCBM）为光敏层材料的高效聚合物太阳能电池器件以来，有机聚合物太阳能电池在过去的十多年中光电转换效率已经从最初的1%提高的现在的12% (参见文献：Z. He, B. Xiao, F. Liu, H. Wu, Y. Yang, S. Xiao. C. Wang, T.P. Russell, Y. Cao, Nat. Photonics 2015, 9, 174)，达到了商业化10%的要求，这主要得益于新型有机半导体材料的研发和器件制备工艺的优化，使有机太阳能电池取得了长足的发展。但是，目前此类电池还存在着能量损失高，现有的有机材料介电常数较低，有机太阳能电池制备时形貌不可控等不足，这给后期的新材料研发指出了明确的方向。