[发明专利]基于氟代苯并恶二唑的供体-受体聚合物在电子学和光子学中的应用

说明书

本发明涉及一种包含一个重复单元的聚合物，每个重复单元里包含一个或多个重复结构。本发明同时还涉及包含有聚合物、富勒烯、第二聚合物或小分子的制剂。本发明同时涉及包括含有该制剂的涂层和印刷油墨的有机电子(OE)装置，其中有机电子装置可以是有机场效应晶体管(OFET)装置或有机光伏(OPV)装置。本发明同时还涉及单体、聚合物以及所产生的化合物的合成。

相关发明的交叉引用

本发明要求2015年12月9日提交的美国临时发明申请案第62/386,679号的优先权，其全部内容以引用的方式结合于此。

技术领域

本发明涉及一种新的供体-受体共轭聚合物、其制备方法以及其所使用的中间物，包含这种聚合物的制剂作为半导体在有机电子(OE)装置中的、特别是在有机光伏(OPV)装置及有机场效晶体管(OFET)装置中的应用，本发明还涉及由该制剂制成的OE及OPV装置。

背景技术

近年来对于将包括共轭聚合物的有机半导体用于多种电子应用领域的兴趣越来越多。

其中一个重要领域是OPV领域，这里有机半导体(OSCs)能以溶液加工技术制备装置，例如旋涂和印刷。相对于用于制造无机薄膜装置的蒸发技术，溶液加工可以更廉价地而且以更大规模进行。

有机半导体中常用的聚合物由电子供体(donor or D)和电子受体(acceptor orA)的共聚单体组成。使用这种D-A交替共聚物策略可以很方便地得到具有低光学带隙的聚合物，因为聚合物的HOMO能级主要位于供体单元上，而LUMO能级主要位于受体单元上。

一个由Brabec等人开发并被广泛接受的模型表明，经仔细设计的HOMO和LUMO能级是高性能聚合物太阳能电池的基本要求，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级与富勒烯衍生物的LUMO级的差别所决定的。LUMO能级相对来说更重要，因为聚合物和富勒烯之间的LUMO抵消应足够小，以便使V_OC损失最小化。通过改变受体单元上的供电子或吸电子基团，D-A聚合物的LUMO级可以被有效调节，同时也可以通过改变供体单元以同样的方式调节HOMO级。

为了得到更高的V_OC并减小能量损失，重要的是探索新的结构片段以构建全新的共轭聚合物。在几个之前的报道中，将苯并噻二唑(BT)单元由其类似物苯并恶二唑(BX)替代可以导致O-SC装置的更高的V_oc，同时保持几乎基本相同的光学带隙。然而，基于BX结构片段的聚合物通常表现出相对其BT类似物较差的O-SC性能。另一方面，BT的一种重要衍生物是双氟苯并噻二唑(ffBT)，其已针对O-SC中的应用而被广泛研究，包括目前领先的单结和串联O-SC、无ITO的柔性O-SC、无添加和退火处理的O-SC等等。基于ffBT的聚合物的成功可以归结为它们较高的聚合物结晶性以及空穴迁移率，这促使具有高填充因子和效率的厚膜O-SC的多种情况。ffBT单元的成功可激发研究者开发一种类似的基于BX的氟代结构片段，其潜在可能结合了高的聚合物结晶性/迁移率和高V_oc的优点，同时不改变带隙。然而，双氟苯并恶二唑(ffBT)的合成非常具有挑战性，因此目前还没有基于ffBT的共轭聚合物被报导。

发明内容

在一个实施例中，本发明主题涉及一种包含一个或者更多式I的重复单元的聚合物：

其中X是H或F。

在一个实施例中，本发明主题涉及一种制备聚合物或有机化合物的方法，该方法包括聚合一种式VIII的中间体：

其中，R₁及R₂在每次出现时独立地为C_1-10的烷基。