[发明专利]一种可电致交联的n型有机半导体和制备方法及其在电化学聚合中的应用

说明书

本发明涉及一种可电致交联的n型有机半导体，其包括一个给电子的核结构，以及4个咔唑基团，其中咔唑基团的活性位点可以实现后续的分子内或分子间的电化学聚合。本发明的一类可电化学聚合的n型有机半导体材料，应用于光电器件中，具有优异的光电效果，在响应率、比探测率、相邻像素电阻以及图案化等各项指标上，明显优于其他同类型产品。本发明还包括可电致交联的n型有机半导体的相关制备方法和含有该产品的阵列。

技术领域

本发明涉及光电材料领域，尤其是涉及可电致交联的n型有机半导体和制备方法，及其在电化学聚合中的应用。

背景技术

对于无机半导体的成像应用，必须将图案化的像素阵列与图像读取电路集成在一起，才能实现每个像元信息的快速读出。这类设备的通常需要在小型化、性能和成本之间折衷。然而，将无机化合物半导体光敏像素大小降低到便携式应用所需的尺寸时，会严重影响感光性能。单个感光像素边缘处的表面缺陷是导致暗电流升高，是探测灵敏度下降的主要因素。

近年来，基于有机半导体的成像应用研究引起了广泛关注。利用有机半导体材料本身适当的本征载流子浓度和迁移率，及适当的阵列设计，不需对有机光敏层进行像素级的图案化就可以避免串扰和图像清晰度下降，使得有机光二极管阵列非常适合高像元密度的相机应用。

然而，除了有机光二极管中除了有机光敏层，通常还有传输层等功能层。传输层通常选自高迁移率的导体或半导体材料，比如：氧化锌由于能级合适，广泛应用为电子传输层。然而，氧化锌的本征载流子浓度和迁移率较高，并且溶液加工的氧化锌通常带有许多缺陷能级，具有光导现象。因此，一定程度上制约了上述有机成像阵列技术的应用。

现有技术中，电化学聚合技术是利用前体分子在溶液/电极界面发生氧化或还原偶联反应制备功能性聚合物薄膜的方法。相比于其他成膜技术，电化学聚合技术具有以下几个优点：(1)聚合物的合成与薄膜的形成一步完成；(2)聚合薄膜可选择性精确定向沉积，是一种图案化薄膜的制备技术；(3)聚合薄膜的结构、形貌和掺杂态等性质可以通过电化学聚合的参数进行调控；(4)设备简易，制备条件绿色。

在电化学聚合中，需要前驱体或反应底物具有可交联的基团，其已广泛应用于聚乙炔、聚对苯、聚对苯撑乙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺的等聚合物的合成。电聚合法优异的性能以及方便的调控方法是未来应用于有机电子领域的具有前景的制备方法之一 (2018年吉林大学博士学位论文，王蓉)。

因此，亟需找到一类能方便有效制备像素级图案化的n型半导体材料，从而克服上述无机材料具有的缺陷。

发明内容

本发明所涉及到的一类可电化学聚合的n型有机半导体材料，其含有多个咔唑端基的侧链，在电场中可以诱导两个咔唑的3,6位交联，可以选择性地在电极上沉积图案；另外，其分子为A-A’-D-A’-A结构，具有较深的HOMO能级，其氧化电位在咔唑之后，不影响咔唑的电交联过程。令人意外地发现，以该材料作为n型有机半导体材料，与p 型材料共混后所得的活性层材料，其器件效率非常理想，在有机光电器件领域有巨大的发展潜力和前景。

本发明的一个目的在于提供一种可电致交联的n型有机半导体，其具有如下化学结构式：

其中，bri为桥键，独立地选自亚烷基或亚烷氧基；

n为正整数；优选地，n≥6。

Ar独立地选自芳香环或芳香杂环，所述芳香环或芳香杂环上的氢原子，有0个、1个或若干个被取代基取代；

所述E独立地选自如下结构：

所述X和X₁独立地选自CR¹或N；