[发明专利]用于光电应用的氯化苯并二噻吩基聚合物

说明书

本文提供了包含氯化苯并二噻吩单元的聚合物，及其制备方法和其中所用的中间体，以及含有它们的制剂在有机电子器件，特别是在有机光伏器件和有机场效应晶体管器件中作为半导体的应用，以及从这些制剂制备的有机电子器件和光伏器件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年1月10日提交的美国临时专利申请号62/709,173的优先权的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本专利涉及包含氯化苯并二噻吩单元的聚合物，及其制备方法和其中所用的中间体，含有它们的制剂在有机电子(OE)器件，特别是在有机光伏(OPV)器件和有机场效应晶体管(OFET)器件中作为半导体的应用，以及从这些制剂制备的OE和OPV器件。

背景技术

近年来，人们越来越关注有机半导体(包括共轭聚合物)在各种电子方面的应用。

一个特别重要的领域是有机光伏(OPV)领域。有机半导体(OSC)已经在OPV中得到应用，因为它们允许通过诸如旋涂和印刷等溶液加工技术制造器件。与用于制造无机薄膜器件的蒸发技术相比，溶液加工技术可以更便宜且更大规模地进行。现有技术的有机光伏电池通常包括含有共轭聚合物和富勒烯衍生物的光活性层，它们分别充当电子给体和电子受体。为了实现高效率的OPV，优化给体和受体组分并发现产生支持有效的激子收集和电荷输运特性的最适本体异质结(BHJ)的材料组合是重要的。近期单结OPV的效率的提高(效率13％左右)很大程度因为苯并二噻吩(BDT)基给体-受体聚合物的发展，苯并二噻吩聚合物定义为包含苯并二噻吩单元的聚合物。尽管如此，包含有苯并二噻吩基材料的有机光伏器件仍然具有低的功率转换效率(PCEs)以及窄的光吸收范围。为了进一步提高苯并二噻吩基聚合物的PCE以及吸收范围，新的低带隙的苯并二噻吩基聚合物已经成功开发出来。为了提高器件的在可见区到近红外区的吸收特性以及更好匹配低能级苯并二噻吩基聚合物的能级，一种新型的小分子受体(SMA)诸如ITIC(3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰亚甲基)-茚酮)-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩[2,3-d:2'，3'-d']-s-吲达西诺[1,2-b:5,6-b']二噻吩)被开发出来。

一些提高ITIC的电子效应的努力导致开发了比如ITIC-2F(图1)的甚至更小的带隙SMA，其显示比ITIC红移的吸收，提高了可见到近红外区的吸收系数。基于这个原因，具有ITIC-2F受体的器件拥有更宽的吸收光谱，这能潜在地提高器件的PCE。ITIC-2F同时还拥有更深的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)能级水平，这已经刺激了对与新的高效更低能级SMA诸如ITIC-2更好能量匹配的、新型苯并二噻吩基给体-受体的需要。

发明内容

本发明提供了给体-受体材料，其包含与最近的低能级SMA诸如IT-4F具有较好电子匹配的聚合物。本发明还提供了用于制备它们的方法以及包含本文所述的所述给体-受体材料的光活性层。

在一个方面中，本文提供的给体-受体材料包含具有式I的重复单元：

其中Ar₁选自由以下组成的组：

Ar₂选自由以下组成的组