[发明专利]一种n型有机半导体分子及其聚合物、制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种窄带隙n型有机半导体材料及其制备方法和在电子器件中的应用。所述的一类窄带隙n型有机半导体材料以方酸菁衍生物为核，化学稳定性及化学修饰性强；其方酸基团具有较强的拉电子特性，可以调节电子云分布，有利降低化合物的LUMO能级，从而调节其半导体材料的光学和载流子传输特性。

技术领域

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

背景技术

自上世纪70年代末Alan J.Heeger等人(2000年诺贝尔化学奖获得者)发明导电高分子以来，有机/聚合物半导体由于其在制备低成本、大面积光电器件方面的潜力引起了人们的广泛关注。近年来越来越多新型光电产品的成功面世显示了其巨大的商业化应用前景。有机/聚合物半导体材料不仅具有金属或半导体的电子特性，而且要比金属或晶体半导体更加容易加工，在低温下加工电子材料的可能性给廉价加工电子器件带来了可能。更重要的是，可溶液加工的共轭聚合物半导体材料可以作为电子“墨水”，与传统印刷技术(喷墨打印、胶印、卷对卷印刷等)相结合将使电子器件的制造发生革命性变化，同时基于有机/聚合物半导体材料的电子器件还可以实现一些需要特殊力学性质的应用(例如柔性器件)。由于这些特殊的优点，国内外学术界及产业界都在加大对这一领域的投入，使有机/聚合物半导体电子学领域得到了快速发展。

基于聚合物半导体材料“光-电转换”特性的有机/聚合物太阳电池成为了国际上研究的热点，是新一代、低成本太阳电池的一个重要发展方向。有机/聚合物太阳电池作为一种新型薄膜光伏技术，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。其基本物理过程是利用有机给体与受体材料共混成吸光活性层，利用给体与受体间的能级差，在吸收太阳光后，在给体与受体界面间发生电荷分离，通过电荷在材料中的选择传输，到达不同电极，从而产生光电流实现光电转换。与无机半导体材料相比，有机/聚合物光伏材料价格低廉，毒性小(或无毒)，而且具有高的吸光系数，一般薄膜厚度在数百纳米即可实现对太阳光的有效吸收。有机/聚合物太阳电池可采用打印、印刷等方法进行加工，可借鉴传统塑料的加工工艺，通过类似于制造摄影胶卷的“卷对卷”滚动加工流程制造大面积、柔性的薄膜太阳电池，该生产工艺能够有效降低光伏电池的制造成本。除此之外，有机/聚合物太阳电池柔性、质轻的特点也大大拓宽了太阳电池的应用范围和环境兼容性，可将太阳电池的安装和使用方式逐渐由固定平面安装模式向更灵活的不同曲面安装模式拓展，有利于实现便携式多种应用。

本发明所涉及到的一类以方酸菁衍生物为核的n型有机半导体材料及其制备方法与应用，因为具有较好的能级结构，吸收特性，加工特性，有利于实现有机光-电转换的需求，所以在有机光电器件领域有巨大的发展潜力和前景。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一类以方酸菁衍生物为核的n型有机半导体材料。方酸衍生物单元具有较强的吸电性，可以有效调节分子的吸收光谱与分子轨道能级，同时方酸衍生物上连接的单元也具有较强的吸电性能和化学修饰性。

本发明的另一目的在于提供上述一类以方酸菁衍生物为核的n型有机半导体材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述一类以方酸菁衍生物为核的n型有机半导体材料在有机半导体领域的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一类以方酸菁衍生物为核的n型有机半导体材料，其特征在于，具有如下化学结构式(I)：

其中以下适用于所出现的符号：

基团E每次出现时相同或者不同地选自可被一个或多个基团R¹取代的具有5～30个芳族环原子的芳族环系或可被一个或多个基团R¹取代的具有3～30个芳族环原子的杂芳族环系的基团；