双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法及其应用，属于有机半导体n型材料的合成及其在光电功能器件中的应用技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成具体包括苝单酰亚胺N‑2‑辛基‑十二烷基‑双乙炔基‑苝单酰亚胺N‑2‑辛基‑十二烷基化合物的合成和苝单酰亚胺N‑2‑乙基‑己基‑双乙炔基‑苝单酰亚胺N‑2‑乙基‑己基化合物的合成，并具体公开了该双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料在有机太阳能电池中的应用。本发明专利技术合成过程简单易行且产率较高，合成的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料具有优异的性能，进而能够在光电功能器件中获得较好的应用。

Synthesis and Application of n-type Semiconductor Material of Diacetyl Bridged Perylene Imide Dimer

The invention discloses a synthesis method and application of n-type semiconductor material of diacetyl bridged monoperylene imide dimer, belonging to the synthesis of n-type organic semiconductor material and its application technology field in photoelectric functional devices. The technical scheme key points of the invention invention are as follows: synthesis of n-type semiconductor material of n-type semiconductor material of a bisalkynyl bridged monoperperylenimiimidididimer n-type semiconductor material, specifically including synthesis of N 2 octyl dodecyl dodecyl 2 octyl dodecyl compound synthesis and synthesis of perperperperperylenimiimiimiimiimiimiimiimiimiimiimiimiimiimiimiimiimiN 8209 2 2 2 ethyl ethyl hexamethyl hexamethyl hexamethyl bisacetylenylene bisacetylene 820. Ethyl hexyl compound The synthesis and application of the n-type semiconductor material of the diacetyl bridged monoperylene imide dimer in organic solar cells are specifically disclosed. The synthesis process of the present invention is simple and feasible, and the yield is high. The synthesized diacetyl bridged monoperylene imide dimer n-type semiconductor material has excellent performance and can be used in photoelectric functional devices.

【技术实现步骤摘要】
双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法及其应用
本专利技术属于有机半导体n型材料的合成及其在光电功能器件中的应用
，具体涉及一种双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法及其应用。
技术介绍
有机半导体n型材料在有机太阳能电池、场效应晶体管、光电探测器，柔性塑料薄膜电子产品、薄膜显示器等方面有光泛应用，这类材料通常由芳杂环共轭体系构成。常见的小分子n型有机半导体材料有富勒烯衍生物、酞菁、苝衍生物和萘酰亚胺等。相对于聚合物，结构确定的小分子易于合成提纯，催化剂残余污染少，应用方便，可以有多种加工工艺选择，除了最简单的单溶液涂布制膜技术外，还可以用分子蒸镀制备高质量薄膜器件。而且，有机n型材料不像无机半导体中的载流子是高度离域的，在外加电压的作用下容易在连续的导带或者价带中定向移动。所以无机半导体通过掺杂改变导电特性，制造电子传输的不平衡性。而在高纯的有机半导体材料中，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，本专利技术所述的n型半导体材料极易形成微米长度的单晶纤维，导电性很高。目前，苝单酰亚胺的衍生物在实验室和工业上不能大量合成，反应条件极其苛刻，或者反应步骤高达8-9步，合成过程繁琐且提纯极其困难。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种简单易行且产率较高的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法，该方法合成的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料具有优异的性能，进而能够在光电功能器件中获得较好的应用。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法，其特征在于：苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基化合物的具体合成路线为：苝单酰亚胺N-2-乙基-己基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-乙基-己基化合物的具体合成路线为：。优选的，所述苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基化合物的具体合成步骤为：在无氧条件下，用高纯氮气排出反应容器中的空气，向反应容器中加入3.2mmol化合物M1、2.1mmol碘化亚铜和500mL四氢呋喃，隔绝空气注入50mL无水三乙胺，再加入0.43mmolPd(PPh3)4催化剂，排净氧气后将混合物于71℃搅拌反应72h，然后降至25℃静置24h变成红色有机凝胶状，再依次加入1L去离子水和500mL二氯甲烷，充分振荡后过滤，滤饼用无水甲醇清洗3次，再真空抽干滤饼得到红色针状晶体，于空气中晾干得到小分子半导体材料苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基化合物。优选的，所述苝单酰亚胺N-2-乙基-己基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-乙基-己基化合物的具体合成步骤为：在无氧条件下，用高纯氮气排出反应容器中的空气，向反应容器中加入6.24mmol化合物M2、4.2mmol碘化亚铜和700mL四氢呋喃，隔绝空气注入50mL无水三乙胺，再加入0.61mmolPd(PPh3)4催化剂，排净氧气后将混合物于71℃搅拌反应72h，然后降至25℃静置24h变成红色有机凝胶状，再依次加入1L去离子水和500mL二氯甲烷，充分振荡后过滤，滤饼用无水甲醇清洗3次，再真空抽干滤饼得到红色针状晶体，于空气中晾干得到小分子半导体材料苝单酰亚胺N-2-乙基-己基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-乙基-己基化合物3.2克，产率82%。本专利技术所述的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料在光电功能器件中的应用，该光电功能器件为有机太阳能电池、显示器、光电探测器、荧光示踪器、染料着色剂、光电二极管或电子三极管。本专利技术所述的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料在有机太阳能电池中的应用，其特征在于具体过程为：将1.5g双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料与8.5gITIC混合均匀，加入1L邻二氯苯溶解后加入10gPBDB-T并加热至110℃搅拌2h，通过旋涂方式在经氧化锌溶胶修饰过的ITO导电玻璃上制备一层厚度为110nm的薄膜，再通过真空蒸渡的方式蒸镀厚度为8nm的氧化钼空穴传输层和厚度为100nm的银在其上制备金属电极，最终得到有机太阳能电池，在光强为100mW/cm2的模拟太阳光下，该有机太阳能电池的短路电流为18mA/cm2，开路电压为0.88V，填充因子为0.60，能量转换效率为9.77%。本专利技术制得的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的纯度较高、电子能亲和能大，电子未占能级轨道-3.83eV，电子占满能级轨道-5.90eV，能与绝大多数P型材料构成异质结太阳能电池，又由于自身强大的聚集特性，很容易自然形成微纳米状纤维，从而可以实现很高的有机太阳能电池转换效率。使用实施例1得到的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料制得的有机太阳能电池的最高光电转换效率为9.77%，因此，本专利技术制得的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料在有机太阳能电池中具有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的小分子半导体材料的紫外可见吸收光谱图；图2是本专利技术实施例3制得的有机太阳能电池器件的电压-电流曲线；图3是本专利技术实施例3制得的有机太阳能电池器件的透射电镜图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1在无氧条件下，用高纯氮气排出反应容器中的空气，向反应容器中加入3.2mmol化合物M1、2.1mmol碘化亚铜和500mL四氢呋喃，隔绝空气注入50mL无水三乙胺，再加入0.43mmolPd(PPh3)4催化剂，排净氧气后将混合物于71℃搅拌反应72h，然后降至25℃静置24h变成红色有机凝胶状，再依次加入1L去离子水和500mL二氯甲烷，充分振荡后过滤，滤饼用无水甲醇清洗3次，再真空抽干滤饼得到红色针状晶体，于空气中晾干得到小分子半导体材料苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基化合物。本实施例所制得的小分子半导体材料的紫外可见吸收光谱图，从吸收光谱上可知，该小分子半导体材料在高能光子区域有很强的吸收峰，可用于低带隙P型材料的电子接受传输材料，从而实现高效率光电转换。实施例2在无氧条件下，用高纯氮气排出反应容器中的空气，向反应容器中加入6.24mmol化合物M2、4.2mmol碘化亚铜和700mL四氢呋喃，隔绝空气注入50mL无水三乙胺，再加入0.61mmolPd(PPh3)4催化剂，排净氧气后将混合物于71℃搅拌反应72h，然后降至25℃静置24h变成红色有机凝胶状，再依次加入1L去离子水和500mL二氯甲烷，充分振荡后过滤，滤饼用无水甲醇清洗3次，再真空抽干滤饼得到红色针状晶体，于空气中晾干得到小分子半导体材料苝单酰亚胺N-2-乙基-己基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-乙基-己基化合物。实施例3将1.5g实施例1制得的小分子半导体材料苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基化合物与8.5gITIC混合均匀，加入1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法，其特征在于：苝单酰亚胺N‑2‑辛基‑十二烷基‑双乙炔基‑苝单酰亚胺N‑2‑辛基‑十二烷基化合物的具体合成路线为：

【技术特征摘要】
1.双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法，其特征在于：苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基化合物的具体合成路线为：；苝单酰亚胺N-2-乙基-己基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-乙基-己基化合物的具体合成路线为：。2.根据权利要求1所述的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法，其特征在于所述苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基化合物的具体合成步骤为：在无氧条件下，用高纯氮气排出反应容器中的空气，向反应容器中加入3.2mmol化合物M1、2.1mmol碘化亚铜和500mL四氢呋喃，隔绝空气注入50mL无水三乙胺，再加入0.43mmolPd(PPh3)4催化剂，排净氧气后将混合物于71℃搅拌反应72h，然后降至25℃静置24h变成红色有机凝胶状，再依次加入1L去离子水和500mL二氯甲烷，充分振荡后过滤，滤饼用无水甲醇清洗3次，再真空抽干滤饼得到红色针状晶体，于空气中晾干得到小分子半导体材料苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-辛基-十二烷基化合物。3.根据权利要求1所述的双炔基桥联单苝酰亚胺二聚体n型半导体材料的合成方法，其特征在于所述苝单酰亚胺N-2-乙基-己基-双乙炔基-苝单酰亚胺N-2-乙基-己基化合物的具体合成步骤为：在无氧条件下，用高纯氮气排出反应容器中的空气，向反应容器中加入6.24mmol化合物M2、4.2mmol碘...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦瑞平，郭得恩，杨纪恩，蒋玉荣，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41