[发明专利]用于光电应用的基于二氟联噻吩的D-A聚合物

说明书

一种有机化合物、D‑A共轭聚合物、制剂和薄膜，其中当所述D‑A共轭聚合物的溶液从140℃冷却至室温时，所述D‑A共轭聚合物的溶液的光学吸收光谱的峰表现出至少100纳米的红移。

相关申请

本专利申请要求由本申请发明人于2014年10月22日提交的美国临时专利申请No.62/122,479的优先权，该美国临时专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本专利主要涉及：新型有机化合物、D-A共轭聚合物；其制备方法以及制备过程中所使用的中间产物；含有此类聚合物作为半导体的制剂在有机电子(OE)器件，尤其是有机光伏(OPV)器件和有机场效应晶体管(OFET)器件中的应用；以及由这些制剂制得的OE器件和OPV器件。

背景技术

近年来，对有机半导体材料(包括共轭聚合物)在各种电子领域中的应用的关注与日俱增。

有机光伏材料(OPV)更是有机半导体领域中不可忽视的一部分。在光伏领域，有机半导体材料(OSC)的优势主要体现在可以使用旋涂或者印刷这一类溶液加工技术生产。相较于用于制造无机薄膜器件的蒸镀技术，溶液加工的优势体现在可以以低廉的生产成本大批量生产。目前为止，OPV电池由共轭聚合物和富勒烯衍生物的混合膜构成。目前在单层OPV效率方面的突破(Yu等人，Nat.Photonics 2014,8,716，效率：～8％-9％)主要是基于对窄带隙聚合物(定义为开始吸收波长为750纳米以上、并且带宽为1.65eV以下的聚合物)的优化。(例如，低性能OPV聚合物材料如带隙高达～1.9eV的P3HT则不在考虑范围之内)。

目前，PSC领域中通常使用的聚合物由给电子(给体或D)共聚单体单元和受电子(受体或A)共聚单体单元构成。使用这种D-A交替共聚物方式能够快捷有效地获得具有较小光带隙的聚合物，这是因为，聚合物的HOMO主要是由给体砌块决定，其LUMO则主要由受体砌块决定。目前被广泛接受的设计模型是由Brabec等人提出的，在该模型中，高分子的HOMO和LUMO能级是设计高性能聚合物太阳能电池的基础条件，这是因为聚合物太阳能电池的开路电压(V_oc)是由聚合物的HOMO能级和富勒烯衍生物的LUMO能级差决定的。LUMO能级相对而言更为重要，这是因为聚合物和富勒烯的LUMO应足够小，以将V_oc的损失降至最低。通过利用供电子基团或吸电子基团对受体砌块进行修饰，可以有效调整D-A聚合物的LUMO能级，同样可对供体砌块进行修饰以调整HOMO能级。

在PSC用共轭聚合物领域中，氟化方法是修饰共轭聚合物以调整HOMO和LUMO能级的有效手段。在已知的报道中，多是对D-A共轭聚合物的受体砌块部分进行氟化，以有效调节共轭聚合物的能级，并伴随着其他有利的改变如增强聚合物的堆积特性和结晶性。如2013年，You等人(J.Am.Chem.Soc.2013，135，1806)研究了对苯并三唑单元的二氟化，实验结果证明，二氟化降低了HOMO能级(由此提高了太阳能电池的V_oc)并增强了聚合物在固相中的堆积。但是，对D-A共轭聚合物的给体部分进行氟化而改善PSC器件表现的报道则鲜有先例。以往的失败案例中，多认为全氟化的聚合物骨架(供体和受体砌块均有氟)会使PSC性能变差，导致极强的自组装特性以及聚合物的疏氟作用。

发明内容

本专利涉及拥有如下结构式的有机化合物：

本专利还涉及包含一个或多个具有如下结构式的重复单元的D-A共轭聚合物：

本专利还提供了至少包含一个或多个具有如下结构式的重复单元的D-A共轭聚合物：

其中，Ar为独立地选自由如下单元构成的组中的芳香基团：