[发明专利]一种桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体的聚合物半导体及其制备方法与应用

说明书

本发明属于聚合物半导体材料领域，公开了一种桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体的聚合物半导体及其制备方法与应用。该聚合物半导体的结构如式(I)所示。本发明提供合成路线简单高效、开发成本低廉、普适性高和重复性好。以本发明报道的桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体的聚合物半导体为活性层制备的聚合物太阳电池和有机光探测器均展现出优异的性能，其聚合物太阳电池的能量转换效率在7％以上，有机光探测器的暗电流密度在10^‑6mA/cm²以下，充分展示了该类聚合物半导体材料在有机光伏、逻辑互补电路、有机光探测器、有机场效应晶体管、有机发光二极管等有机电子器件中具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于聚合物半导体材料领域，涉及一种桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体的聚合物半导体及其制备方法与应用。

背景技术

在过去的十年中，聚合物太阳电池(PSC)在提高光电转换效率(PCE)方面取得了显着进展，例如开发高性能聚合物给体单元，引入高效界面材料以及优化器件结构。尽管许多高性能的聚合物给体材料被报道，但是其中只有有限的几个是窄带隙(NBG，1.60eV)聚合物。相比宽带隙和中带隙聚合物，窄带隙聚合物在近红外区域有强的和宽的吸收，这使得它们成为构建多组分和串联太阳能电池的重要组成部分。然而，大多数报道的窄带隙聚合物通常需要在器件制造过程中进行复杂的形貌工程和界面改性，这可能会限制它们的进一步应用。因此，设计合成新型的给体单元来开发新型高性能窄带隙聚合物是十分必要的。

苯并二唑和吡啶二唑衍生物是一类富杂原子、电子亲和力强、共平面性好的电子受体单元，被广泛用于开发p-型有机小分子和聚合物半导体材料(J.Am.Chem.Soc.,2013,135,2298；J.Am.Chem.Soc.,2019,141,3566)。尽管苯并二唑和吡啶二唑衍生物材料在聚合物太阳能电池中取得了较高的光电转换效率，但该类衍生物材料中分子骨架只含有单一的苯并二唑和吡啶二唑衍生物受体单元。桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体聚合物半导体材料未见报道。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体的聚合物半导体，所述聚合物半导体材料光电转换效率和暗电流密度分别在7％以上和10^-6mA/cm²以下；

本发明另一目的在于提供上述桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体的聚合物半导体的制备方法；

本发明再一目的在于提供上述桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体的聚合物半导体在聚合物太阳电池和有机光探测器中的应用。

本发明通过下述方案实现：

一种桥联不对称的苯并二唑类和/或吡啶二唑类双受体的聚合物半导体，具有如下所示式(I)结构：

所述式(I)中，n为10-300的整数，优选为50-150的整数，更优选为100。

R为碳原子总数为6–16的直链烷基或碳原子总数为8–30的支链烷基中的一种；

X为氧原子、硫原子、硒原子或碲原子中的一种；

Y为碳原子或氮原子中的一种；

Z为氟原子或氯原子中的一种；

Ar为以下式(II)、式(III)、式(IV)或式(Ⅴ)所示结构中的一种，但不限于以下结构式；