[发明专利]共轭聚合物及其在光电子器件中的用途

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2009年5月21日提交的美国临时专利申请US61/180,256和2010年4月12日提交的美国临时专利申请US61/323,152的优先权和利益，上述两份美国临时专利申请的公开内容均以全部引用的方式并入本文中。

背景技术

新一代的光电子器件，如有机光伏元件(0PV)及有机发光晶体管(0LET)，是使用有机半导体作为其活性组分制造的。为了具有商业意义，这种以有机半导体为基础的器件应可以以经济划算的方式进行加工处理。

本体异质结(BHJ)太阳能电池普遍被认为是最有前景的OPV结构，因为其可使用卷对卷(roll-to-roll)及大规模生产方式制造。BHJ太阳能电池包含置于阳极及阴极之间的光活性层，其中，该光活性层由含有“供体”材料及“受体”材料的共混膜组成。图1例示了一代表性的BHJ有机太阳能电池结构。

目前最先进的BHJ太阳能电池使用富勒烯基化合物作为受体材料。典型的富勒烯包括以增溶性侧链官能化的C60或C70的“巴克球”化合物，如C60[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯(C₆₀PCBM)或C₇₀PCBM。用于BHJ太阳能电池的最普遍的供体材料是聚(3-己基噻吩)(P3HT)。然而，以P3HT/PCBM为基础的太阳能电池具有多种根本上的局限性。例如，P3HT的带隙为～2.0ev，它仅能吸收小部分(30％)的太阳光谱。

因此，现有技术中需要一种新型有机半导体材料以用于光电子器件如有机光伏元件中。

发明内容

基于上述内容，本教导提供可作为有机半导体使用的某些寡聚及聚合的化合物。还提供使用这些化合物的相关器件、制造这些化合物的相关方法以及这些化合物的用途。

本发明的化合物可展现诸如在环境条件(ambient conditions)下优异的电荷输运特性、最优化的光吸收、化学稳定性、低温可加工性、在一般溶剂中大的溶解度，及工艺多样性(例如，通过各种溶液方法)等多种性质。因此，光电器件，如并入了一种或多种本发明的化合物作为光活性层的太阳能电池，可在环境条件下展现出高性能，例如，表现出低能带间隙、高填充因子、高开路电压，以及高功率转换效率中的一种或多种性能，优选表现出所有这些指标。相似地，其它以有机半导体为基础的器件，如OLET，也可使用本文所述的有机半导体材料高效率地制造。

本发明还提供制备这些化合物及半导体材料的方法，以及包含本文公开的化合物及半导体材料的各种组合物、复合体及器件。

通过以下的附图、说明、实施例及权利要求，将会更全面地了解本发明的前述内容及其它特征和优点。

附图说明

应当理解，下述附图仅用于例示的目的。这些附图无需依比例，其强调的重点一般在于对本发明的原理的示意性说明。这些附图并不用来以任何方式限制本发明的范围。

图1示出了一代表性的本体异质结(BHJ)有机光伏器件(亦称为太阳能电池)的结构，其可并入一种或多种本教导的化合物作为其光活性层(作为供体和/或受体材料)。

具体实施方式

本发明提供有机半导体材料，该有机半导体材料由典型地具有一富电子的重复单元和一缺电子的重复单元的各种π-共轭寡聚及聚合的化合物制备得到。本发明的化合物可表现出半导体特性，如在场效应器件中的高载流子迁移率及/或良好电流调制特性、在光伏器件中的最优光吸收/电荷分离，和/或在发光器件中的电荷输运/重组/发光。此外，本发明的化合物可拥有某些处理性优点，如在环境条件下的溶液可处理性和/或良好的稳定性(例如，空气稳定性)。本发明的化合物可用于制备p-型(供体或空穴输运)、n-型(受体或电子输运)或双极性的半导体材料，其因而可被用以制造各种有机或杂化的光电子产品、结构及器件，包括有机光伏器件及有机发光晶体管。

在本申请全文中，若组合物被描述为具有、含有或包含特定的组分，或若方法被描述为具有、含有，或包含特定的处理步骤，这意味着本发明的组合物也基本上或完全由所述组分组成，且本发明的方法也基本上或完全由所述处理步骤组成。

在本申请中，若一元素或组分被描述为“被包含在”和/或“选自”一系列元素或组分，应该理解此元素或组分可为所述元件或组分之中的任一者，或此元素或组分可选自由所述元素或组分中的两种或更多种所组成的组。另外，应该理解，本文所述的组合物、设备，或方法的元素及/或特征可以以各种方式组合而不会脱离本文明示或暗示的本发明的精神及范围。