[发明专利]引达省并二噻吩和引达省并二硒吩聚合物以及它们作为有机半导体的用途

说明书

发明领域

本发明涉及包含引达省并二噻吩(indacenodithiophene)或引达省并硒吩(indacenoselenophene)单元的共轭聚合物或其衍生物、其制备方法、其中所用的新型单体单元、以及该聚合物在有机电子(OE)器件中的用途和包含该聚合物的OE器件。

背景技术

近年来，已经开发了有机半导电(OSC)材料以生产更为多用途、低成本的电子器件。这样的材料应用在很宽范围的器件或仪器中，包括以下提及的一些例子：有机场效应晶体管(OFETs)、有机发光二极管(OLEDs)、光检测器、有机光伏(OPV)电池、传感器、存储元件和逻辑电路。有机半导体材料一般以薄层，例如小于1微米厚度的薄层形式存在于电子器件中。

OFET器件的性能原则上基于半导体材料的载流子迁移率和电流通/断比，因此理想的半导体应当在断路状态具有低导电率，并与高载流子迁移率(＞1×10^-3cm²V^-1s^-1)相结合。此外，重要的是半导体材料对于氧化相对稳定，即其具有高电离电势，因为氧化导致降低的器件性能。对于半导体材料而言更进一步的要求是好的加工能力，特别是对于薄层和期望图案的大规模生产，和高稳定性，薄膜均匀性和有机半导体层的完整性。

在现有技术中，已经提出将各种材料在OFET中用作OSC，包括小分子例如并五苯和聚合物例如聚己基噻吩。然而，所研究的材料与器件迄今为止仍具有一些缺陷，以及它们的性质，特别是加工能力、载流子迁移率、通/断比和稳定性仍留下了进一步改进的空间。

一类有前景的共轭聚合物基于茚并芴单元。由Müllen以及同事首次报导[S.Setayesh，D.Marsitzky，和K.Müllen，Macromolecules，2000，33，2016]，茚并芴的均聚物是用于在电致发光应用中蓝光发射的候选材料。也有建议将茚并芴共聚物用作在晶体管器件中的OSC[WO2007/131582A1]。

然而，现有技术中公开的OSC材料的性能仍然不总是能满足目前对于这些材料的要求，并留下了进一步改进的空间。

特别是，仍然存在着对于显示高载流子迁移率的OSC材料的需求。而且，为了用于OFET，存在着对于允许改进的电荷从源-漏电极注入聚合物半导体层的过程的OSC材料的需求。为了用于OPV电池，存在着对于具有低带隙的OSC材料的需求，这使得能够实现改进的由光敏层的捕光能力(light harvesting)且能导致较高的电池效率。

本发明的一个目标是提供用于电子器件的新型OSC材料，其具有如上所述的所期望性质，特别是在电子器件中显示出良好加工能力、高载流子迁移率、高通/断比、高抗氧化稳定性以及长寿命。另一个目标将扩展对于专业人员可获得的OSC材料的范围。本发明的其他目标由以下详细描述而对专业人员是显而易见的。

本发明的发明人已经发现这些目标可通过提供在下文所述的材料而实现。这些材料基于包含一种或多种如下式所示的s-引达省并二噻吩或s-引达省并二硒吩单元的聚合物或其衍生物。

s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩/硒吩

s-引达省并[1，2-b：7，6-b′]二噻吩/硒吩

(其中X是S或Se以及R^1-4表示例如烃基)。

已经发现这些聚合物适用于在电子器件中、特别是在OFET和OPV电池中作为OSC材料，以及作为在聚合物发光二极管(PLED)中的电荷转移层或夹层材料，因为它们具有良好的加工能力且同时显示出高载流子迁移率以及高氧化稳定性。

还发现，在茚并芴中将末端苯环用噻吩环替代提高了共轭核心的电子富集性质并因此提高了所得到的均聚物——聚(2，7-s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩)的HOMO能级。在聚(2，8-茚并芴)中，HOMO能级低(循环伏安法测得E_HOMO＝-5.49eV)。这种较低HOMO能量的提高使得当应用于场效应晶体管时允许改善的电荷从源-漏电极(一般由金制得，其具有～5.1eV的功函数)注入到聚合物半导体层的过程。