[发明专利]一种n型有机半导体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种n型有机半导体材料及其制备方法与应用。所述n型有机半导体材料结构式为式(1)所示，式中Ar为富电子性共轭单元；π为含有碳碳双键、碳氮键的共轭单元；n为所述n型有机半导体材料的聚合度，n为1到10000的自然数。所述材料的具体特征是含有氰基环戊酮并噻吩化学结构的有机半导体材料，该类有机半导体材料具有较强的光捕获能力(吸收系数高、吸收光谱宽)，合适的电子能级，较高的电子迁移率等独特优势，可作为电子受体材料应用于有机电池器件领域。所述材料作为电子受体材料应用于有机太阳电池器件中，获得良好的器件性能，是一类具有商业化应用前景的材料。

技术领域

本发明属于有机光电技术领域，具体涉及一种n型有机半导体材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源短缺、环境污染是我国经济可持续发展面临的重大问题，同时也是世界各国重视关注的问题。发展新型绿色能源技术是解决上述问题的重要途径之一，而太阳能由于其具有的绿色可再生、储量大、分布广和易获取等优势成为广泛关注的焦点。因此发展太阳能发电技术，对于降低污染和减少二氧化碳排放，实现低碳经济的发展具有重要意义。经过多年努力，太阳电池发电技术已取得重要进展，晶体硅太阳电池技术已发展得比较成熟并进入市场，在太阳电池市场中占主导地位。但是由于硅基太阳电池成本相对较高，且其加工制备过程会产生严重的环境污染，限制了其进一步大规模的推广应用。相比而言，利用有机半导体材料制备的有机太阳电池，可以通过溶液加工方式制备出质量轻、成本低、可柔性弯曲的器件，还可通过卷对卷(Roll-to-Roll)方式高速制备大面积器件，很好的克服了无机太阳电池器件面临的部分问题。此外，有机太阳电池作为一种新型薄膜光伏电池技术，具有全固态、光伏材料性质可调范围宽、可实现半透明、可制成柔性电池器件以及大面积低成本制备等突出优点，极具潜力应用在建筑物外窗、汽车挡风玻璃、可折叠窗帘等场所。

目前基于富勒烯衍生物的有机太阳电池的单节能量转换效率已经超过了13％，但富勒烯衍生物本身的局限性，如价格昂贵，热稳定性差，光化学稳定性差和弱的可见吸收光谱等，这些都将成为有机太阳电池产业化发展路上难以克服的困难。与富勒烯衍生物相比，n-型聚合物具有自身独特的优势，如价格低，强而宽的可见-近红外的吸收光谱和良好的热稳定性等，而且，n-型聚合物的分子量、吸收光谱、电子能级和分子取向等可以更容易通过化学修饰手段得到，其具有的多样性有利于有机光伏器件效率的进一步提高。目前报道的聚合物电子受体材料还比较少，因此设计开发新型高效的聚合物受体材料，对有机太阳电池领域的发展具有重要意义。

发明内容

为了解决目前全聚合物太阳电池器件效率还比较低的问题，本发明的首要目的在于提供一种高性能的n型有机半导体材料，提高材料的吸收系数，有利于提高器件的短路电流密度，有望得到更好的器件性能。

本发明的另一目的在于提供上述n型有机半导体材料的设计思路和合成方法。

本发明的再一目的在于提供上述n型有机半导体材料在有机光电转换器件中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种含氰基环戊酮并噻吩的有机半导体材料，即n型有机半导体材料，其结构式为式(1)所示：

其中，Ar为富电子性共轭单元；π为含有碳碳双键或碳氮键的共轭单元；n为所述n型有机半导体材料的聚合度，n为1到10000的自然数。

优选的，所述Ar和π为亚乙烯基、亚乙炔基、亚芳基、杂亚芳基或通过单键连接的2-6个亚芳基所形成的基团；或者，Ar和π为亚乙烯基、亚乙炔基、亚芳基、杂亚芳基或通过单键连接的2-6个亚芳基中的一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代形成的基团。

优选的，所述Ar为噻吩、并噻吩、二联噻吩、三联噻吩、氟代噻吩、氟代联噻吩、并三噻吩、苯并二噻吩、噻唑或苯环等。