[发明专利]分子半导体和聚合物半导体及相关器件

说明书

本发明涉及新的具有至少一个任选取代的苯并[d][1,2,3]噻二唑部分的半导体化合物。本文公开的化合物可展现高的载流子迁移率和/或有效的光吸收/发射特性，并可具有某些加工优势，例如溶液可加工性和/或环境条件下良好的稳定性。

背景技术

柔性电子和印刷电子对使用高通量且便宜的溶液法(例如，印刷法)在软塑料薄膜上制造光电器件是革命性的新概念，其与硅制造所需高专业化的和昂贵的设备及装置形成强烈对比。通过使用合适的材料，这些技术可以得到便宜、轻量、柔性、光学透明和坚固的元件用于显示器、手机、医学诊断、RFID标签和太阳能组件，而后所述元件可与纺织品、印刷电池、太阳能电池及飞行器结构和卫星结构集成。所有这些技术所实现的材料元件(例如主要的材料元件)是发生电荷转移、光吸收和/或光产生的半导体。为了拓宽器件的功能和应用，需要两种类型的半导体：p-型(空穴-传输)和n-型(电子-传输)。这两种类型半导体的使用和组合使得能够制造用于驱动显示器、捕获光、产生光、进行逻辑运算和传感器功能的基础电子构筑模块。

几种p-和n-沟道分子半导体已实现可接受的器件性能和稳定性。例如，基于并苯和低聚噻吩(p-沟道)和苝(n-沟道)的OTFT在环境条件下显示1cm²/Vs的载流子迁移率(μ’s)。然而，由于溶液的粘度要求，分子半导体材料通常比聚合物半导体更不易于通过印刷法加工。

因此，技术上需要新的半导体化合物、特别是在环境条件下具有良好的稳定性、加工性和/或电荷传输特性的那些。

发明概述

基于上述内容，本教导提供有机半导体化合物，其可解决多种现有技术中的缺陷和不足，包括以上所列举的那些。根据本教导的化合物可显示例如以下的性能：优化的光学吸收、良好的电荷传输特性和环境条件下的化学稳定性、低温可加工性、常规溶剂中大溶解度和加工通用性(例如通过各种溶液法)。因此，结合有一种或多种本发明的化合物作为光敏层的光电器件(例如OPV电池)可以在环境条件下展现高性能，例如，显示低带隙、高填充因子、高开路电压和高功率转换效率和优选地所有这些条件中的一种或多种。类似地，使用本文所述的有机半导体材料，可有效制造其他基于有机半导体的器件(例如OTFT)。

一般地，本教导提供半导体化合物，包括一个或多个二价苯并[d][1,2,3]噻二唑部分。这样的二价苯并[d][1,2,3]噻二唑部分可由式(I)表示：

其中R¹可以是H或取代基。在一些实施方案中，本发明的化合物是具有一种或多种重复单元M₁的聚合物，每个M₁包括至少一个苯并[d][1,2,3]噻二唑部分，且其中所述聚合物具有至少从3开始的聚合度(n)。在某些实施方案中，聚合物是仅包括重复单元M₁的均聚物。在其他实施方案中，所述聚合物还包括至少一种不包括任何苯并[d][1,2,3]噻二唑部分的另一种重复单元M₂。这样的M₂单元可选自：

其中pi-2、Ar、Z、m、m'、m、p和p'如本文所定义。在一些实施方案中，本发明的化合物是包括至少一个苯并[d][1,2,3]噻二唑部分和多个线性和/或环状共轭部分的分子化合物，从而所述化合物作为整体提供pi-延伸共轭体系。

本教导还提供制备这样的化合物和基于这样的化合物的半导体材料、以及多种结合有本文所公开的化合物和半导体材料的组合物、复合物和器件的方法。

从以下附图、说明书、实施例和权利要求将更全面地理解本教导前文所述的和其他的特征和优势。

附图说明

应理解，以下所述的附图仅用于说明目的。所述附图无需是按照比例的，其重点通常在于说明本教导的原理。所述附图并非意在以任何方式限制本教导的范围。