[发明专利]光电活性二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一中光电活性二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

相对于无机半导体材料，有机半导体材料的最重要优势是其分子结构多样性、可修饰性。通过改变有机分子的分子构成及元素成分，有机材料的性能可以在很大范围内进行调整，也就更有机会充分接近实际应用的要求。除此之外，有机半导体材料工艺相对简单，可以通过旋涂印刷的方法实现大面积印刷制备。因此，在功能材料方面，近年已经有大量原先采用无机材料的应用领域转用了有机材料。比如，当前大量采用有机半导体材料的主要有以下领域：1.光盘。当下主流的DVD光盘通常以花菁(显蓝绿色)及酞菁(显金黄色)为数字信息的载体。这些有机半导体材料在激光照射下会改变分子构型，从而完成0和1的记录。2.有机发光二极管，即OLED。OLED以有机半导体异质结为基础，通过电子和空穴在异质结处的湮灭而发光。OLED可以制成柔性的、大面积的显示器。3.传感器。对有机半导体材料进行掺杂或者去掺杂会极大地改变其电性质，这个特点可以利用在传感器上，因为有许多待检测的气体本身可以作为有机半导体材料的掺杂剂。4.有机太阳能电池。在能源领域的应用，将是有机半导体材料的最有意义的应用，可以充分利用太阳能这种取之不尽、用之不竭的清洁能源，为我们高速发展社会中化石能源日益枯竭、环境污染日渐严重的问题提供很好的解决方案。

但其相对于无机半导体材料的高迁移率而言，有机半导体尤其是共轭聚合物材料的迁移率还是相当低，且性能不够稳定。究其原因，在有机半导体材料中，分子与分子之间仅有微弱的范德华力，载流子的离域程度通常仅限于一个分子之内。只有在有机半导体的单晶材料中才会出现载流子在几个相邻分子之间离域的情况。因此，在非晶态的有机半导体材料中，电荷在不同分子之间的传递要通过“跳跃(Hopping)”的方式完成。跳跃传输的有效程度与相邻分子之间的共轭Pi重叠程度有关，共轭重叠度越高，跳跃传输的速度越快。很显然，跳跃传输远不如无机半导体中的带传输有效，所以有机半导体材料中的载流子迁移率通常较低。

因此，为了提高其迁移率，从材料角度入手，众多的化学家、物理学家和材料学家通过多年的研究和筛选，发现有几类常见的有机材料拥有比较高的载流子迁移率。在常见的小分子型有机半导体材料中，有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等。在常见的高分子型有机半导体材料则主要包括聚乙炔，聚芳环型和共聚物型几大类，其中聚芳环型又包括聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等类型。由于有机分子的无限可修饰性，有机半导体材料的结构类型可以千变万化。尤其在对聚噻吩类聚合物材料的研究中发现，这类有机体系不仅由于噻吩分子堆积性好，共轭程度高，载流子扩散、迁移的距离和速度都比较高，而且稳定性又好。近年来，许多聚噻吩类共轭聚合物分子被开发出来，并被应用到光电器件中。

从高迁移率有机聚噻吩类材料发展至今，有一类共轭结构二噻吩并[2，3-d：2′，3′-d′]苯并[1，2-b：4，5-b′]二噻吩单元(简称DTBDT)的平面性很好，分子链间较强的Pi-Pi堆积更容易形成高迁移率。利用这种平面对称性且高迁移率的特性，将它引入到小分子类高迁移率的材料中，已经有所报道。(WO2010000670A1；US20110155248A1；Li，L.；Gao，P.；Schuermann，K.；Ostendorp，S.；Wang，W.；Du，C.；Lei Y.；Fuchs，H.；Cola，L.；Mullen，K.；Chi，L.J.Am.Chem.Soc.2010，132，8807-8809；Wang，S.；Gao，P.；Liebewirth，I.；Kirchhoff，K.；Pang，S.；Feng，X.；Pisula，W.；Mullen，K.Chem.Mater.2011，23，4960-4964.)。但是在聚合物体系中，尚未报到基于DTBDT为主链的分子结构在有机光电领域的研究和应用。由于聚合物链与链之间的堆积可以提供更大的共轭堆积，可以利用DTBDT这种较高的迁移率和较好的分子平面性，设计出更高迁移率的聚合物光伏材料和高迁移率的器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种光电活性二噻吩并苯并二噻吩类共轭聚合物及其制备方法与应用。

本发明所提供的聚合物，其结构式如式I所示：

(式I)