[发明专利]含苝四羧酸二酰亚胺-对称引达省并二噻吩的共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料，尤其涉及一种含苝四羧酸二酰亚胺-对称引达省并二噻吩的共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

利用廉价材料制备低成本、高效能的有机半导体器件，如，有机太阳能电池、有机电致发光器件、有机场效应晶体管一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅太阳能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。有机半导体器件因为原料价格低廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优点而备受关注，如果能够将其能量转化效率提高到接近商品硅太阳能电池的水平，其市场前景将是非常巨大的。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，人们在有机半导体器件方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。目前，有机太阳能电池的研究主要集中于给体、受体共混体系，采用PTB7与PC₇₁BM共混体系的能量转化效率已经达到7.4%（Y.Liang et al.,Adv.Mater.;DOI:10.1002/adma.200903528），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：有机半导体器件相对较低的载流子迁移率，器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利用以及载流子的电极收集效率低等。为了使有机半导体器件得到实际的应用，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。

苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物具有大的共苯环平面结构和两个亚胺环结构，在可见光区域有很强的吸收，具有较高的光、热和环境稳定性，具有较高电子亲和能(较低的LUMO能级)，并且由于其共轭大π键之间的π-π堆叠使沿堆叠方向具有很高的电子迁移率，因此，它在有机太阳电池等多种领域都显现出广阔的应用前景。但是，由于苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物含有大的平面共轭体系和良好的分子共平面性，分子间大π键的相互作用很强，具有较大的晶格能，因而其溶解性较差，成膜加工性能较差，导致制备的器件很容易发生相分离问题，影响激子扩散的效率，从而导致能量的损失。另外，由于苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物的吸收光谱主要集中在可见区，吸收范围还不够宽，与太阳光的发射光谱匹配度还不够高，不能有效地利用太阳光，也会降低有机半导体器件的光电转换效率。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种可以提高有机半导体器件光电转换效率的含苝四羧酸二酰亚胺-对称引达省并二噻吩的共聚物。

本发明的技术方案如下：

一种含苝四羧酸二酰亚胺-对称引达省并二噻吩的共聚物，具有如下结构通式：

式中：n为1-100之间的整数；R₁、R₂、R₃相同或不同地为氢、C₁~C₂₀的烷基或C₁~C₂₀的烷氧基；R₄为C₁~C₂₀的烷基或C₁~C₂₀的烷基苯。

所述共聚物，其中，优选n为12-56之间的整数。

本发明提供上述含苝四羧酸二酰亚胺-对称引达省并二噻吩的共聚物的制备方法，包括如下步骤：

惰性氛围下，将结构式为的化合物A与结构式为的化合物B按照摩尔比1:1~1:1.2的比例加入催化剂存在的溶剂中、于50~120℃下进行Stille耦合反应24~72小时，停止反应，制得结构式为的含苝四羧酸二酰亚胺-对称引达省并二噻吩的共聚物；

上述式中n为1-100之间的整数；R₁、R₂、R₃相同或不同地为氢、C₁~C₂₀的烷基或C₁~C₂₀的烷氧基；R₄为C₁~C₂₀的烷基或C₁~C₂₀的烷基苯。

所述制备方法，其中，优选n为12-56之间的整数。