[发明专利]二噻吩噻二唑半导体和相关器件

说明书

本发明涉及具有至少一个任选取代的二噻吩并[1,2,3]噻二唑部分的新型半导体化合物。本文公开的化合物可以表现出高的载子迁移率和/或高效的光吸收/发射特性，并且可以具有某些加工优点，如溶液可加工性和/或在环境条件下良好的稳定性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年1月9日提交的美国临时专利申请序列号62/276,844的优先权和 权益，其公开内容通过引用全部并入。

背景技术

柔性和印刷电子产品是用于在柔性塑料薄片上使用高产量、廉价的溶液法(如印刷方 法)制造光电器件的革命性的新概念，这与硅制造所需的高度专业化和昂贵的设备和器材 形成鲜明对比。通过使用适当的材料，这些技术可以实现用于显示器、手机、医疗诊断、 RFID标签和太阳能模块的廉价、重量轻、柔性、光学透明和不易破碎的组件，然后其可以 与纺织品、印刷电池、太阳能电池以及飞机和卫星结构结合。实现所有这些技术(及其它必要的材料)的材料组件是发生电荷传输、光吸收和/或光产生的半导体。为了扩大器件的功能和应用，需要两种类型的半导体：p型(空穴传输)和n型(电子传输)。这两种类 型的半导体的使用和组合实现了制造用于驱动显示器、收集光、产生光、执行逻辑操作和 传感器功能的基本电子构建块。

几种p-沟道和n-沟道分子半导体已实现可接受的器件性能和稳定性。例如，基于并苯 和低聚噻吩(p-沟道)以及二萘嵌苯(n-沟道)的OTFT在环境条件下表现出1cm²/Vs的载子迁移率(μ's)。然而，由于溶液粘度的要求，分子半导体通常比聚合物半导体更难以 通过印刷方法加工。

因此，本领域需要新的半导体化合物，特别是那些在环境条件下具有良好稳定性、加 工性能和/或电荷传输特性的。

发明内容

鉴于上述内容，本教导提供了可解决现有技术的各种不足和缺点(包括上述的那些) 的有机半导体化合物。根据本教导的化合物可以表现出诸如优化的光吸收、在环境条件下 良好的电荷传输特性和化学稳定性、低温可加工性、在常用溶剂中的高溶解性和加工通用 性(例如，通过各种溶液法)的性质。结果，结合一种或多种本发明化合物作为光敏层的 光电器件(如OPV电池)可以在环境条件下表现出高性能，例如，展现出低带隙、高填充因子、高开路电压和高功率转换效率中的一种或多种，并且优选展现全部这些标准。类似地，使用本文所述的有机半导体材料可以有效地制造诸如OTFT的其它基于有机半导体的器件。

通常，本教导提供了包括一个或多个二价二噻吩并[1,2,3]噻二唑部分的半导体化合物。 这种二价二噻吩并[1,2,3]噻二唑部分可以由式(I)表示：

其中W是硫族元素并且R¹是H或取代基。在一些实施方案中，本发明化合物是具有一个或多个重复单元M₁的聚合物，每个重复单元M₁包括至少一个二噻吩并[1,2,3]噻二唑部分，并且其中聚合物具有的聚合度(n)至少为3。在某些实施方案中，聚合物是仅包括 重复单元M₁的均聚物。在其它实施方案中，聚合物还包括至少一个不包括任何二噻吩并 [1,2,3]噻二唑部分的其它重复单元M₂。这样的M₂单元可以选自：

其中pi-2、Ar、Z、m、m'、m”、p和p'如本文所定义。在一些实施方案中，本发明化 合物是包括至少一个二噻吩并[1,2,3]噻二唑部分和多个线性和/或环状共轭部分的分子化合 物，使得该化合物作为整体提供pi-延伸共轭体系。

本教导还提供制备此类化合物和基于此类化合物的半导体材料的方法以及结合本文公 开的化合物和半导体材料的各种组合物、复合物和器件。

从以下附图、说明、实施例和权利要求中将更全面地理解本教导的前述以及其它特征 和优点。