[发明专利]金属卟啉-噻吩并吡嗪有机半导体材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机半导体材料，更具体的涉及一种金属卟啉-噻吩并 吡嗪有机半导体材料。

本发明还涉及金属卟啉-噻吩并吡嗪有机半导体材料的制备方法及其应 用。

背景技术

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研 究热点和难点。目前用于地面的硅晶电池由于生产工艺复杂、成本高，使 其应用受到限制。为了降低电池成本，拓展应用范围，长期以来人们一直 在寻找新型的太阳能电池材料。有机半导体材料以其原料易得、廉价、制 备工艺简单、环境稳定性好、有良好的光伏效应等优点备受关注。自1992 年N.S.Sariciftci等在SCIENCE(N.S Sariciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，et  al.Science，1992，258，1474)上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移 现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的 发展，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。限制性能提高的主要 制约因素有：有机半导体材料的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，有机半 导体相对较低的载流子迁移率以及较低的载流子的电极收集效率等。为了 使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，大幅度提高其能 量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

卟啉分子是在卟吩环上连有取代基的一类大环化合物的总称，卟吩是 由四个吡咯环和四个次甲基桥联起来的单双键交替的平面结构大环离域π 电子共轭体系。它们电荷转移和能量转移反应的量子效率较高，具有良好 的电子缓冲性和光电磁性，良好的刚柔性和较好热稳定性和环境稳定性。 因此，卟啉类有机半导体材料是一类很有前途的材料，其在光伏领域的应 用已得到广泛研究。元素周期表中几乎所有的金属和一些非金属元素都可 以与卟啉作用形成配合物。在这些化合物中，包括了大部分的主族和副族 金属元素，一些镧系金属(Pr，Eu，Yb等)也己经合成。由于卟啉是具有18 个π电子的大共轨体系，其环内电子流动性非常好，因此，大多数金属卟 啉化合物都有较好的光电性质。

噻吩并[3，4-b]吡嗪是一种具有优良的平面结构，含有一个五元环和六元 环骨架的受体单元，具有分子内电荷转移性质和优异的电化学还原性质； 噻吩并[3，4-b]吡嗪单元还具有较强的可修饰性，可以利用简便的方法引入供 电子基团和受电子基团，调节其吸电子性能。噻吩并[3，4-b]吡嗪的LUMO值 为-1.41eV，相比常用的噻吩并[3，4-b]吡嗪等单元具有更强的吸电子能力。因 此，它经常作为受体单元引入到光电材料中以调节带宽和还原电势，将噻 吩并[3，4-b]吡嗪引入到给电子的卟啉单元中形成的具有电子给体和受体结 构单元的给体材料，并同时具有高的空穴迁移率和宽的太阳光吸收光谱范 围。

近年来，含硅共轭聚合物在光电功能材料的研究中也受到越来越多的 重视。一方面是由于硅原子以化学键形式结合到基于碳氢氮硫的传统共轭 聚合物中，能显著改变聚合物的电子结构和分子状态，从而调控聚合物的 光电性能；另一方面，硅是一种广泛应用于现代电子电器等行业的无机功 能材料，含硅共轭聚合物作为一种有机-无机杂化材料具有很高的研究和开 发价值。硅芴是良好的光电基团，具有很好的热稳定性，以及较低的最低 未占有轨道(LUMO)和较高的三线态能级，从而具有较高的电子亲和力和较 高的电子注入和传输能力，并可以用作主体材料。

然而含有硅芴的金属卟啉-噻吩并吡嗪的有机半导体材料至今仍没有文 献和专利报道，这就大大限制了有机半导体材料的应用范围。。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属卟啉-噻吩并吡嗪有机半导体材料，其 可以解决上述问题。

本发明的目的还在于提供该金属卟啉-噻吩并吡嗪有机半导体材料的制 备方法及其应用。

本发明所涉及的金属卟啉-噻吩并吡嗪有机半导体材料，具有以下结构 (I)：