[发明专利]半导体聚合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月13日申请的美国临时专利申请第61/779786号的权益。所参照申请的内容以引用方式并入本申请中。

发明背景

A.技术领域

本发明一般性涉及可用于有机光伏电池的半导体聚合物的用途。特别地，本发明的聚合物是通过1,4二乙烯基苯连接体连接在一起的基于苝酰亚胺的n型半导体聚合物。

B.相关技术描述

上涨的能量价格及与因燃烧化石燃料导致的全球变暖相关的问题已导致对更成本有效且可更有效再生的能源的探寻。一种已认定的这种再生能源是太阳能。相关于将太阳能转换成电的问题在很大程度上归因于能量转换过程的低效性。例如，已研发出可将太阳能转化成可用能量的光伏电池(例如，太阳能电池)，但是关于转化的成本阻碍将此技术广泛应用于市场。

近年来，涉及聚合物在有机光伏电池的光活性层中的用途的研究愈来愈多。使用聚合物的独特方面之一是其允许通过例如旋涂、浸涂或喷墨印刷等成本有效的溶液处理技术制造有机电子器件。与用于制造无机薄膜器件的依赖于真空沉积技术的蒸发技术相比，溶液处理可以更廉价且以更大的规模实施。

然而，许多目前所用的聚合物遇到低载流子迁移率(电导)、较低光吸收性能的问题，且合成复杂。此问题的一个解决方案是从聚合物转换为基于非聚合物的n型材料，例如[6,6]-苯基C₇₁丁酸甲酯(PC₇₁BM)。PC₇₁BM是在太阳能电池应用中现今所用的最普遍的n型材料之一。其具有以下通式结构：

尽管此材料为充分的n型半导体，但其并非聚合物且可改良其光吸收及带隙性能。

发明内容

已发现由利用1,4二乙烯基苯连接体连接在一起的苝酰亚胺基团制得的聚合物是与例如PC₇₁BM等已知n型材料相比具有改良的光吸收及较低带隙特性的n型半导体聚合物。此外，这些聚合物可通过生成高产率的聚合物的可规模化方法来制得。本发明的聚合物可用于有机光伏电池的光活性层(例如，该聚合物可用作n型半导体聚合物)。

在本发明的至少一个方面中，公开了可用于有机光伏电池中的光活性层的具有以下结构的聚合物：

其中

R₁和R₂各自独立地选自H、C_1-30烷基、C_2-30烯基、C_2-30炔基、C_3-10环烷基、C_5-10环烯基、3元至14元环杂烷基、C_6-14芳基及5元至14元杂芳基，

R₃、R₄、R₉和R₁₀各自独立地为氢或-CN，

R₅、R₆、R₇和R₈各自独立地为氢、卤素、-CN、-NO₂、-OH、-O-CH₂CH₂O-C_1-10烷基、-O-COX₁、-S-C_1-10烷基、-NH₂、-NHX₁、-NX₁X₂、-NH-COX₁、-COOH、-COORS、-CONH₂、-CONHX₁、-CONX₁X₂、-CO-H、-COX₁、C_3-10环烷基、3元至14元环杂烷基、C_6-14芳基或5元至14元杂芳基，其中卤素选自氟、氯、溴、碘和砹；满足如下条件：R₅、R₆、R₇及R₈中的任一个均非烷氧基(-OX₁)或R₅、R₆、R₇及R₈中的至少三个或所有四个均为烷氧基，

其中