[发明专利]用于电子和光子应用的垂直苯并二噻吩基给体-受体聚合物

说明书

本文提供了给体‑受体共轭的垂直苯并二噻吩基聚合物、它们的制备方法和其中使用的中间体、含有这样的聚合物的制剂用于制备有机电子器件例如有机光伏器件和有机场效应晶体管器件中的半导体的用途以及由这些制剂制成的OE器件和OPV器件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月25日提交的美国临时申请62/602,474的优先权益，该美国临时申请的内容在此以引用的方式整体并入本文用于所有目的。

技术领域

本公开涉及给体-受体共轭聚合物、它们的制备方法和其中使用的中间体、含有这些聚合物的组合物用于制备有机电子(OE)器件，例如有机光伏(OPV)器件和有机场效应晶体管(OFET)器件中的半导体的用途以及由这些制剂制成的OE器件和OPV器件。

背景技术

近年来，对将包括共轭聚合物的有机半导体用于各种电子应用器件已经越来越关注。

一个特别关注的领域是有机光伏器件(OPV)的发展。有机半导体(OSC)可用于OPV中，这是因为它们允许通过溶液加工技术，如旋涂和印刷来制造器件。与用于制造无机薄膜器件的蒸发技术相比，溶液加工可以更经济地并且在更大规模上进行。

常用于聚合物太阳能电池中的聚合物通常由给电子共聚单体单元(给体或D)和受电子共聚单体单元(受体或A)组成。方便的是，使用这样的D-A交替共聚物策略来获得具有低光学带隙的聚合物，这是因为所述聚合物的最高占据分子轨道(HOMO)能级一般位于给体单元上并且最低未占分子轨道(LUMO)能级一般位于受体单元上。由Brabec等开发的普遍接受的模型表明，仔细选择的HOMO能级和LUMO能级是高性能聚合物太阳能电池的基本要求，这是因为聚合物太阳能电池的开路电压(V_oc)是由聚合物的HOMO能级与受体的LUMO能级之间的差异决定的。给体与受体之间的HOMO/HOMO或LUMO/LUMO偏移应当小到足以使V_oc损失减到最低限度。通过用给电子基团或吸电子基团修饰给体单元，可以有效地调节D-A聚合物的HOMO能级，同时也可以这样做以通过修饰受体单元来调节LUMO能级。

为了实现更高的V_OC并且减少能量损失，重要的是，探究新的构建嵌段以构建新型共轭聚合物。在给体聚合物的设计中，苯并二噻吩(BDT)单元是常用的构建嵌段，并且已经通过在其中并入不同的取代基开发了一系列BDT单元。通常，经由噻吩的α位将BDT单元连接到聚合物主链中。还有可能经由苯基上的空位将BDT单元连接到聚合物主链中，例如所谓的垂直BDT单元(vBDT)。然而，这样的噻吩-vBDT-噻吩基给体聚合物可能表现出不佳的性能。因此，需要开发具有改进的特性的新的含vBDT给体聚合物。

发明内容

本文提供了具有显著改进的性能的给体-受体共轭聚合物。所述给体-受体共轭聚合物包括含噻吩-vBDT-噻吩的重复单元，表现出强烈的温度依赖性聚集特性、相对宽的光学带隙，并且可以在形成的OSC中实现具有高电荷迁移率的有利形态。

在第一个方面，本文提供了一种给体-受体共轭聚合物，其包含一种或多种重复单元，所述重复单元包括式1的重复单元：