[发明专利]一种有机半导体材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电材料技术领域，特别涉及一种有机半导体材料及其制备方法及应用。

背景技术

在当今世界，能源问题已成为全人类共同关注的问题。随着不可再生化石能源的不断消耗，环境污染问题的不断恶化，人们急切地寻求并开发利用各种可再生的清洁能源。其中，由于太阳能是取之不竭，用之不尽的清洁能源，将太阳能转化为电能的太阳电池的研究受到了各国的高度重视。近年来，有机光伏器件因其具有质量轻，加工简易，成本低以及能制成大面积的柔性器件等诸多优点，成为太阳电池的研究热点，其中单层聚合物太阳电池最高能量转换效率已经超过10％(DOI:10.1038/ncomms6293)，具有十分广大的商业应用前景。

相对于无机半导体太阳电池，有机太阳电池的效率还是偏低。为了提高其光电转换效率，科学家们通过材料化学结构的优化，器件结构的优化，器件制备条件的调控多角度入手，进行了深入的研究。其中，光活性层材料的改进，尤其是对共轭聚合物结构的优化与调整，是聚合物太阳电池的研究重点。近年来，大量应用于聚合物太阳电池光活性层的共轭聚合物被设计与合成出来，并取得了相应的进展与突破。如苯并二噻吩(BDT)单元作为一种对称性的共轭分子结构，广泛应用于光电领域，基于BDT单元的场效应晶体管的迁移率达到了0.25cm²V^-1s^-1，基于BDT单元的单层聚合物太阳电池发展到目前效率已经达到8-9％(Energy Environ.Sci.,2012,5,8208；Nat.Photon.2012,6,591；Adv.Mater.2013,25,4944–4949；J.Am.Chem.Soc.2013,135,17060-17068；J.Am.Chem.Soc.2013,135,4656-4659)。因此，设计和开发新型的共轭聚合物单元及材料对发展聚合物太阳电池是至关重要的，这将为不久的将来有机光伏电池的商业化打下坚定的基础。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种有机半导体材料，使聚合物的平面性更好，提高其电荷的迁移率，有利于电荷的传输，有望得到更好的器件性能。

本发明的目的之二在于提供上述有机半导体材料的制备方法，简单方便，产率高，后处理简单，便于提纯。

本发明的目的之三在于提供上述有机半导体材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种有机半导体材料，其结构式如下：

其中，Ar为缺电子性共轭单元；π为含有碳碳双键、碳氮键的共轭单元；0<x<1，0<y<1，x+y＝1；m为0到10000的自然数；n为1到10000的自然数；

R₁为具有1到30碳原子数的烷基链。

所述Ar为亚乙烯基、亚乙炔基、亚芳基、杂亚芳基或通过单键连接的2-6个亚芳基所形成的基团；或者，Ar为亚乙烯基、亚乙炔基、亚芳基、杂亚芳基或通过单键连接的2-6个亚芳基中的一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氢原子被卤原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代形成的基团。

所述Ar为苯并噻二唑、苯并三唑、萘并噻二唑、萘并三唑、吡咯并吡咯二酮、靛蓝、异靛蓝、喹喔啉、萘二酰亚胺、苝二酰亚胺、噻吩并酰亚胺或喹喔啉。

所述Ar为以下结构中的一种：

其中，R为氢或具有1～30个碳原子的烷基；或者为具有以下结构的烷基：烷基中一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氢原子被卤原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代。

所述π为苯、萘、噻吩、并噻吩、硒吩、碲吩、呋喃、吡咯、噻咯、噻唑、恶唑或三唑。

所述π为以下结构中的一种：

其中，R为氢或具有1～30个碳原子的烷基；或者为具有以下结构的烷基：烷基中一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氢原子被卤原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代。