[发明专利]一类n型有机半导体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一类卤代n型有机聚合物半导体材料及其制备方法与应用。本发明在溴代的电子受体‑电子给体‑电子受体(A‑D‑A)型n型小分子中引入氟或者氯原子，进一步通过缩聚反应制备卤代n型有机聚合物半导体材料。卤素原子的引入可以使吸收光谱红移、提高吸收系数和电子迁移率，具有更好的光电转换效率。此类卤代n型有机聚合物半导体材料可作为活性层，应用在有机/聚合物光电探测器和有机/聚合物太阳电池等有机/聚合物电子器件中。

技术领域

本发明属于有机光电领域，具体涉及一类卤代n型有机半导体材料及其合成及其在有机/聚合物电子器件，特别是在有机/聚合物光电探测器和有机/聚合物太阳电池中的应用。

背景技术

基于p型聚合物给体和n型聚合物受体的全聚合物太阳电池作为一种清洁能源技术，具有柔性、全固态、可低成本溶液加工、可实现半透明等突出优点，以及优异的光、热、机械稳定性，展现出巨大的商业价值和应用前景。然而，全聚合物太阳电池的载流子拆分效率低于基于n型小分子受体的有机太阳能电池，导致其能量转换效率差距仍较大。因此，开发在近红外有强吸收、高载流子迁移率的n型聚合物受体材料是实现高效率全聚合物太阳电池的关键。

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卤代n型有机聚合物半导体材料。该类卤代n型有机聚合物半导体材料具有较大的分子共轭平面，同时还具有氟或氯原子取代，有利于拓展n型聚合物半导体材料的吸收光谱、提高电子迁移率，进而获得更高的光电转换效率。还可通过调节共聚单元种类、比例有效调控聚合物的光电性能。这类聚合物具有很好的溶解性，可以通过旋涂、喷墨打印、印刷等溶液加工方法制备大面积薄膜。

本发明的另一目的在于提供上述一类卤代n型有机聚合物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卤代n型有机聚合物半导体材料在有机光电领域的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一类卤代n型有机聚合物半导体材料的单体，其化学结构式满足以下通式：

式中，Ar₁为具有大共轭平面的供电子单元，Ar₂为含卤素原子的吸电子单元，Ar₁和Ar₂组成A-D-A型共轭单元，表示为Ar₃为桥连共聚芳香性单元；

式中，x,y为单体组分的摩尔分数，满足:0x≤1，x+y＝1；n为重复单元数，n＝10～300。

进一步地，上述的一类卤代n型有机聚合物半导体材料的单体化学结构式中，所述的Ar₁为如下化学结构式中的任意一种或一种以上：

式中，X，Y，Z分别独立地为O、S、Se、Te、NR₄和C(R₄)₂中的一种，R₄为碳原子数1～30的直链或者支链烷基或烷氧基、碳原子数3～30的环烷基或碳原子数6～60的芳香族烃基；

式中，R₁、R₂、R₃分别独立地为H、D、F、Cl、CN、碳原子数1～30的直链或者支链烷基或烷氧基、碳原子数3～30的环烷基和碳原子数6～60的芳香族烃基中的一种。

进一步地，上述的一类卤代n型有机聚合物半导体材料的单体化学结构式中，所述的Ar₂为如下化学结构式中的任意一种或一种以上：