專利名稱：氮雜芴酮類共軛聚合物光電材料及其制備和應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一類含氮雜芴酮類有機聚合物半導(dǎo)體材 料，并涉及該類材料在有機電致發(fā)光、有機場效應(yīng)管、有機太陽能電池、非線性光學(xué)、生物傳 感、有機光存儲和有機激光等領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
自 1987 年美國柯達公司 Tang 研究小組[Tang, C. W. ；Van Slyke, S. A. App 1. Phys. Lett. 1987，51，913.]和 1990 年英國劍橋大學(xué)[Burroughes，J. H. ；Bradley, D. D. C.； Brown, Α. B. ；Marks, R. N. ；Mackay, K. ；Friend, R. H. ；Burn, P. L. ；Holmes, Α. B. Nature 1990，347，539.]分別發(fā)表了以有機和聚合物熒光材料制成薄膜型有機電致發(fā)光器件 (Organic Light-emitting Diodes)禾口聚合物發(fā)光 二極管(PolymericLight-emitting Diodes)以來，有機平板顯示成為繼液晶顯示之后的又一代市場化的顯示產(chǎn)品。與此同時其 他有機電子和光電子產(chǎn)業(yè)，包括有機太陽能電池、有機場地效應(yīng)管、有機光存儲、非線性光 學(xué)、生物傳感和有機激光等領(lǐng)域以及非線性光學(xué)材料也正走向市場化。有機和塑料電子產(chǎn) 品的優(yōu)點在于材料制備成本低、工藝簡單、具有通用高分子的柔韌性和可塑性。因此，開發(fā) 具有實用性的市場潛力新型有機光電信息材料吸引了許多國內(nèi)外大學(xué)不同學(xué)科的科學(xué)家 以及研究機構(gòu)和公司的關(guān)注和投入。因此，開發(fā)具有實用性的市場潛力新型有機光電信息 材料吸引了許多國內(nèi)外大學(xué)不同學(xué)科的科學(xué)家以及研究機構(gòu)和公司的關(guān)注和投入。到目前為止，給體-受體(D-A)化合物在有機分子以及固體電子學(xué)領(lǐng)域引起廣泛 的關(guān)注，這主要是由于D-A型分子具有整流效應(yīng)，其本質(zhì)與分子器件中的分子內(nèi)p-n結(jié)類 似，尤其是黃維教授課題組開創(chuàng)性地提出了 P-n嵌段共聚的帶隙調(diào)控概念，實現(xiàn)了材料帶 隙和光譜的較大范圍可調(diào)，設(shè)計開發(fā)了一系列不同帶隙的線型、支化型P-n嵌段共軛聚合 物和寡聚物三基色發(fā)光材料。通過結(jié)合不同的結(jié)構(gòu)單元可以簡單而有效地調(diào)控電荷和能 量傳輸，從而得到高效紅光材料和雙偶極電荷傳輸材料。同時，P-n嵌段可以調(diào)節(jié)陷阱深度 和陷阱密度，可用于發(fā)展聚合物動態(tài)隨機存儲(DRAM)單元，D-A分子中的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移 (ICT)躍遷可以使化合物的吸收光譜向長波方向移動；此外，可通過引入強吸電子基團(A) 可以降低最低占據(jù)分子軌道(LUMO)能級，引入強給電子基團(D)可以提高最高占據(jù)分子軌 道(Η0Μ0)能級，這對于就材料的能級有特殊要求的有機分子器件十分有利，尤其是在太陽 能電池中，本體異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池要求材料具有寬的吸收，即窄帶隙材料，因此需要降 低給體材料的Η0Μ0與LUMO之間的能級差；此外，器件的開路電壓與內(nèi)建電場呈線性關(guān)系， 內(nèi)建電場是指給體材料的Η0Μ0與受體材料的LUMO之間的能級差，因此，降低給體材料的 Η0Μ0能級對于提高開路電壓是十分有益的，但是Η0Μ0能級的降低導(dǎo)致的是寬帶隙材料，不 利于材料對太陽光的吸收。在有機半導(dǎo)體材料中，大多數(shù)化合物顯示出供電子特性，即可以 作為給體單元(D)；為了獲得高效的有機器件，探索新型的受體單元(A)是十分重要的。目 前吡啶、噁二唑、苯并噻唑、茈二酰亞胺和C6tl是研究及應(yīng)用最為廣泛的受體。然而，氮雜芳 環(huán)類化合物作為常用的配體，其缺電子特性在很大程度被忽略了，其主要原因可能是由于合成方法上的限制，苛刻的反應(yīng)條件、較低的產(chǎn)率、對其合成方法缺乏系統(tǒng)的探索與總結(jié)等 都極大地限制了該體系在有機半導(dǎo)體材料及器件中的應(yīng)用?；诖?，探索氮雜芳環(huán)類化合 物的合成方法、設(shè)計并合成新穎的氮雜芳環(huán)及其衍生物、總結(jié)氮雜芳環(huán)體系的反應(yīng)規(guī)律、構(gòu) 建基于氮雜芳環(huán)的D-A型有機半導(dǎo)體材料及器件具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種氮雜芴酮類聚合物光電材料及其制備和應(yīng) 用方法，設(shè)計4，5-氮雜芴酮類單體來制備相關(guān)的光電功能材料。另外，指出了該類材料在 有機太陽能電池、有機發(fā)光二極管、有機場效應(yīng)管、有機光存儲和有機激光等有機電子領(lǐng)域 的應(yīng)用。技術(shù)方案本發(fā)明的4，5-二氮雜芴酮類聚合物光電材料具有如下結(jié)構(gòu)通式
權(quán)利要求
1.一種4，5-二氮雜芴酮類聚合物光電材料，其特征在于該材料具有如下結(jié)構(gòu)通式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4，5-二氮雜芴酮類聚合物光電材料，其特征在于所述聚合 物I材料中，Ri、R2、R3分別選自氫或正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、 正壬基或正葵基、正辛氧基鏈或含芳環(huán)共軛單元結(jié)構(gòu)中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4，5-二氮雜芴酮類聚合物光電材料，其特征在于所述的聚合 物I材料中，取X、y都等于1并Ar取芴，同時，R1和R2都為正辛基，R3為氫原子，則構(gòu)成分 子結(jié)構(gòu)如下
4.一種如權(quán)利要求1所述的4，5- 二氮雜芴酮類聚合物光電材料的制備方法，其特征在 于該制備方法包括4，5-二氮雜芴酮單體合成和該單體通過鈴木偶聯(lián)縮合聚合反應(yīng)或山本 偶聯(lián)縮合聚合反應(yīng)制備所述4，5-二氮雜芴酮類聚合物；其中鈴木偶聯(lián)縮合聚合反應(yīng)條件 為三苯基磷鈀(Pd (PPh3)4、碳酸鉀K2CO3或氟化銫CsF、甲苯或1，2-二甲氧基乙烷、三苯基磷 Ph3P ；山本偶聯(lián)縮合聚合反應(yīng)條件為雙(1，5_環(huán)辛二烯)鎳、聯(lián)吡啶、1，5_環(huán)辛二烯、NN-二 甲基甲酰胺；4,5- 二氮雜芴酮單體合成路線如下
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述4，5-二氮雜芴酮類聚合物光電材料的制備方法，其特征在于山 本縮合聚合反應(yīng)方法如下
6.一種如權(quán)利要求1所述的4，5- 二氮雜芴酮類聚合物光電材料的應(yīng)用方法，其特征在 于所述的4，5_ 二氮雜芴酮類聚合物光電材料作為有機太陽能電池、發(fā)光二極管器件和熒 光探針材料，其中有機太陽能電池器件的結(jié)構(gòu)為順序設(shè)置的透明陽極、空穴注入層、電子給 體材料、電子受體材料、陰極，其中，采用含4，5- 二氮雜芴酮單體單元的聚合物半導(dǎo)體材料 作為電子受體材料。
全文摘要
氮雜芴酮類共軛聚合物材料及其制備和應(yīng)用方法涉及一類含特殊的氮雜芴單體的聚合物材料，并涉及該類材料在有機太陽能電池、有機電致發(fā)光、有機場效應(yīng)管和有機電存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用。該類共軛聚合物材料具有4，5-二氮雜芴酮單元骨架。具有(1)4，5-二氮雜芴酮單元具有強的電子受體特性，通過共聚可制備給受體窄帶隙材料；(2)具有線性平面構(gòu)象，具有結(jié)晶性；(3)與金屬離子配位等優(yōu)點。利用本發(fā)明的材料制備的太陽能電池器件在能量轉(zhuǎn)換效率等方面獲得了令人滿意的結(jié)果，該類材料將成為低成本的有商業(yè)化潛力的光電材料。
文檔編號H01L51/50GK102134308SQ20111000699
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者李偉杰, 林宗瓊, 林進義, 殷成蓉, 解令海, 趙劍鋒, 陳琳, 黃維 申請人:南京郵電大學(xué)