[发明专利]有机π-共轭化合物、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种有机π‑共轭化合物，包含：螺‑[4,4]‑壬四烯或5,5‑杂‑螺‑[4,4]‑壬四烯单元；分子片段单元，其与螺‑[4,4]‑壬四烯或5,5‑杂‑螺‑[4,4]‑壬四烯单元中的C=C双键相连形成五元芳香杂环或多元芳香稠环结构；短链共轭单元，其与所述分子片段单元通过C‑C单键形成π‑共轭连接；以及，与所述短链共轭单元连接的端基基团；其中，所述短链共轭单元主要由1‑12个芳香环或芳香杂环或芳香稠环单元以π‑共轭相连的方式串联形成。本发明还提供了所述有机π‑共轭化合物的制备方法。本发明的化合物具有良好的溶解性能及更高电子传输性能，同时还具有结构明确、材料易于纯化以及更加良好的可重复性能等优势，在有机半导体器件，特别是有机光电子器件中具有广泛应用前景。

技术领域

本发明特别涉及一种有机π-共轭化合物、其制备方法及其应用，特别是在有机光电器件中的应用，属于有机半导体材料与半导体光电器件领域。

背景技术

具有π-共轭的芳香单元，如苯环、噻吩环、吡咯环等，通过碳碳单键相连形成π-共轭相连是构建有机π-共轭半导体材料的一种有效手段。所述的π-共轭相连表示上述碳碳单键相连的芳香单元之间可以形成具有单双建交替的醌式结构。以下以噻吩-噻吩、噻吩-苯环、苯环-乙烯基-苯环单元为例说明其共轭相连的方式：

根据有机π-共轭化合物分子量的分布情况，有机共轭化合物可以分为有机共轭聚合物和有机共轭小分子两大类。其中，有机共轭聚合物的分子量具有宽的分布范围，即材料中存在由不同重复单元个数形成的化合物的组合；而有机共轭小分子由单一确定的分子结构组成，因而具有单一的分子量分布。典型的有机共轭化合物有如具有结构通式(07)的聚噻吩衍生物和具有结构通式(08)的有机寡聚噻吩衍生物。

有机π-共轭化合物中各芳香单元间相连形成大的π共轭体系，电子离域在π共轭体系之中，因此，有机π-共轭化合物通具有半导体性能，可以应用在有机光电子器件中，如：有机电致发光、有机晶体二极管、有机薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及钙钛矿太阳能电池等中。

在现有的技术中，常见的有机π-共轭化合物一般为线性的聚合物或有机小分子，例如，前述化学结构通式(d1)及(d2)均为线性结构。有机π-共轭化合物由于存在分子间π-π相互作用，因而分子具有较强的结晶性能。以常见的聚(3-己基噻吩)(P3HT)为例，P3HT分子间π共轭平面间的距离为存在明显的π-π相互作用。这一分子间π-π相互作用形成有效的电荷传输通道，从而使材料具有良好的电荷传输性能(参见Aasmundtveit等StructuralAnisotropy of Poly(alkylthiophene)FilmsMacromolecules 2000,33(8),3120-3127)。

从另外一个角度，有机半导体材料良好的加工性能是制备有机光电器件的一个关键因素。这里所说的加工性能是指满足湿法加工工艺，即有机半导体材料能够有效溶解在一定的溶剂中，从而可以实现溶液法加工制备有机半导体薄膜，实现有机光电器件的低成本制备。

现有的端基修饰的寡聚噻吩有机半导体分子为一维链型结构，其分子结构决定其分子间相互作用方式主要是寡聚噻吩链间的π-π作用，只能形成二维而非空间多维电荷传输通道。分子间的较强的相互作用导致其在溶剂中的溶解能力较差，氰基取代的分子的溶解更为困难。

发明内容

鉴于现有技术中的不足，本发明的目的之一在于提供一种新型的有机π共轭化合物，其具有空间正交结构，亦称空间非平面性结构，具有良好的溶解性能，且空间正交结构还为该化合物提供了多一个维度的电荷传输通道，从而更有利于电荷在体相内的传输。

本发明的另一目的还在于提供一种制备所述有机π共轭化合物的方法及其应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种有机π-共轭化合物，包含：