[发明专利]一种含氟有机半导体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种含氟有机半导体材料及其制备方法与应用，所述含氟有机半导体材料具有如式I所示结构，通过本发明制备方法制备得到的含氟有机半导体材料，具有优异的光电性能，高度的可溶性，良好的分子间堆砌能力及热稳定性，克服基于分子内硫氧弱相互作用“头碰头型”联噻吩构筑的有机半导体的HOMO能级不匹配的不足，既可以作为有机太阳电池的活性层材料，又可以应用于有机场效应晶体管中作为载流子传输材料，在有机半导体材料领域具有巨大的应用潜力与价值。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种含氟有机半导体材料及其制备方法与应用。

背景技术

高分子半导体材料是一类新型的半导体材料，它的出现引起了学术界和工业界的广泛关注，大量科研与技术人员投身于其独特光电性能的研究及其实际应用的开发。基于有机材料的半导体器件具有低成本、大面积、可折叠等一系列优点，在显示、照明、能源和医疗等领域引领了一场新的技术变革，这必将大大改善和影响人们的日常生活。例如，有机发光二极管已成功应用于手机、数码相机和电视机等电子产品，基于有机材料的新型有机太阳电池在新能源领域被认为是第三代太阳电池，兼具高灵敏度和自我发电功能的超级电子皮肤在人造电子皮肤领域中达到更为接近人类皮肤的目标，具有重要的意义。

近20年来，经过材料化学家和器件物理学家不懈的努力，有机电子取得了令人瞩目的成就。其中，有机场效应晶体管的空穴迁移率已经突破10cm²/Vs，远远超过了传统的基于无定型硅的半导体晶体管(1cm²/Vs)。新型的太阳能电池也对传统意义上的无机硅电池发起强有力的挑战，具有低成本、大面积、环保等一系列优点的新型有机太阳能电池的能量转化效率也接近甚至超过13％，现在科学家们正致力于其效率和稳定性的进一步提升。研究结果表明，具有高度平面分子结构的高分子半导体在固态时将取得更为紧密的π-π堆积，进而有利于载流子在分子链间的跳跃式传输，这对有机电子材料实现优异的光电性能具有重要意义。同时，为了保证高分子半导体材料的加工性，高分子半导体的主链有必要引入烷基。在设计烷基的位点时，头对头的结构需要尽量避免。因为较大的空间位阻会降低聚合物的平面性及共轭长度，不利于载流子的传输。为了解决这些问题，两种常用的设计策略被广泛应用于有机电子材料的合成。例如，在有机电子材料设计中体现巨大优越性的给受体(donor-acceptor)思路中，通常在给/受体单元中间插入噻吩桥(spacer)来降低二者之间较大的二面角。但是，给/受体与噻吩偶联需要额外的合成步骤，降低了主链中关键单元的密度，同时不含烷基噻吩的引入也会降低高分子半导体材料的溶解性。另一种策略则通过共价键锁定分子的构象，这也有助于获得平面的高分子主链。但是，由于桥原子通常是sp³杂化，导致取代基处于分子平面外，增大了分子间的距离，降低了分子链间的有效排列和堆积，常常导致聚合物的迁移率较低，在有机太阳能电池中不利于载流子的提取，相应器件的填充因子通常较低(70％)。