[发明专利]有机半导体制剂及其应用

说明书

公开了多种有机半导体制剂。多种制剂中的一种包含：单一非卤化烃类溶剂或非卤化烃类溶剂混合物、共轭聚合物施主和富勒烯或小分子受主，其中所述共轭聚合物包含具有21个或更多个碳原子的支链烷基链。另外，公开了使用上述制剂的有机半导体膜的形成方法和应用。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年1月20日提交的序列号为62/388,183的美国临时专利申请的优先权和权益，其公开内容通过引用整体并入。

技术领域

本主题涉及新型聚合物/富勒烯制剂，它们的制备方法和其中使用的中间体，这些制剂在有机电子(OE)器件中、特别是在有机太阳能电池(OSC)和有机场效应晶体管(OFET)器件中作为半导体的用途，以及涉及由这些制剂制成的OE和OPV器件。

背景技术

近年来，对包括共轭聚合物的有机半导体用于各种电子应用(例如有机太阳能电池)的兴趣日益增加。

有机太阳能电池(OSC)由于其潜在的低成本、高吞吐量的卷到卷生产、柔性和轻重量而受到了很多关注。但是，最佳性能的OSC全部使用卤化溶剂进行加工，这对环境有害，因此需要采取昂贵的缓解措施来控制危害。试图用非卤化溶剂加工OSC导致较差的性能。

阻碍OSC广泛使用的主要问题之一是目前所有高效(>10％)器件均由有害的诸如氯苯(CB)、1,2-二氯苯的卤化溶剂和诸如1,8-二碘辛烷(DIO)的添加剂进行加工。这些溶剂对人类和环境有害，因此当前最先进的OSC在其生产过程中并不是真正的环境友好。另外，卤化溶剂在自然界中不存在，并且它们的生产需要相对昂贵的合成步骤。烃类是用于OSC生产的更好的溶剂选择，因为它们更加环境友好并容易从石油中获得。然而，有几份报告已指出，由非氯化溶剂加工的OSC通常导致PCE含量显著降低，而最佳的OSC仍然由卤化溶剂处理。性能差的比较多的一个原因是用于OSC的最先进的施主和/或受主材料通常在非卤化溶剂中表现出差的溶解度，这导致含有过大域的差的本体异质结(BHJ)形态。另一方面，控制和优化BHJ形态是OSC最重要的挑战之一。控制一些形态学参数(例如，在施主/受主(D/A)界面上或相对于施主/受主(D/A)界面的分子取向、聚合物主链取向和域纯度)是相当具有挑战性的。因此，需要新的工具和见解来改善OSC的形态和性能。

一个特别重要的领域是有机光伏领域。有机半导体(OSC)已被发现用于OPV，因为它们允许通过诸如旋涂和印刷等溶液加工技术来制造器件。与用于制造无机薄膜器件的蒸发技术相比，溶液加工可以更便宜和更大规模地进行。最先进的OPV电池由分别用作电子施主和电子受主的共轭聚合物和富勒烯衍生物的共混膜组成。为了实现高效的OPV，重要的是优化聚合物(施主)和富勒烯(受主)组分，并发现产生支持有效激子收集和电荷传输性质的最佳本体异质结(BHJ)形态的材料组合。单结OPV的效率(效率约8-9％)的最近改进主要归因于低带隙聚合物的发展，该低带隙聚合物被定义为具有至少750nm或更高的吸收边且具有1.65eV或更小的带隙的聚合物。例如，聚(3-己基噻吩)(P3HT)，一种具有约1.9eV带隙的低性能OPV聚合物，不被认为是最先进的用于OPV的聚合物。

现有技术中建议用于OPV的低带隙聚合物材料和聚合物/富勒烯制剂仍然存在某些缺点。使用许多不同的低带隙聚合物可以实现高效率(>8％)的OPV，但是在器件加工过程中都被限制使用有害的卤化溶剂。先前发现用烃类溶剂代替卤化溶剂将OSC效率从9.2％降低至6-7％。

当使用卤化溶液时，现有技术中描述的聚合物噻吩并[3,4-b]噻吩/苯并二噻吩(PTB7)可以达到9.2％的效率。PTB7的结构是

使用烃类溶剂来处理PTB7导致OSC效率为约6-7％。

当前要求保护的主题的目的是为有机太阳能电池提供环境友好的基于非卤化溶剂的制剂而不降低OSC的性能。

发明内容