含有无规分布的不同侧链的无规聚合共轭聚合物制造技术

一种共轭聚合物，其包含五个或更多个下式的重复单元，

Random Polymerization Conjugated Polymers Containing Different Side Chains with Random Distribution

A conjugated polymer containing five or more repetitive units of the following formula.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有无规分布的不同侧链的无规聚合共轭聚合物相关申请的交叉引用本申请要求于2016年10月11日提交的美国临时专利申请No.62/496,208的优先权，其全部内容以引用的方式结合于此。
本专利技术涉大体上及一种供体-受体共轭聚合物、其制备方法以及其中所使用的中间物。本专利技术涉及包含这种聚合物的配方作为半导体在有机电子(OE)器件中、特别是在有机光伏(OPV)器件及有机场效晶体管(OFET)器件中的应用，本专利技术还涉及由该配方制成的相应的OE及OPV器件。
技术介绍
近年来，对于将包括共轭聚合物的有机半导体用于多种电子应用越来越感兴趣。一个重要领域是有机光伏领域。由于有机半导体(OSC)能以溶液加工技术(如旋涂和印刷)制造器件。因而OSC可用于有机光伏领域。相对于用于制造无机薄膜器件的蒸发技术，溶液加工可以以更大规模进行，并且通常比蒸发技术廉价。很多报道显示共轭聚合物上侧链的尺寸对有机太阳能电池的性能有显著影响。当侧链太短时，聚合物的将变得不溶，这将使得有机太阳能电池难以加工。当侧链太长时，聚合物的迁移率将急剧下降，继而导致较差的性能。而且，侧链的尺寸会影响有机太阳能电池的形貌，而形貌是实现高效有机太阳能电池的关键因素。因此，很多研究者花费大量的时间与精力关注调节聚合物侧链的尺寸从而优化OPV的性能。由于研究者通常需要从头开始合成才可以调节合成，故这是一个耗时的过程。另外，有时候有些侧链的合成不能直接从市售可得的原料开始。比如，基于PffBT4T-C9C13:PC71BM的单层有机太阳能电池实现了光电转化效率(PCE)为11.7％(目前的PCE纪录)。然而，该11.7％聚合物中所用的侧链并不是以非常低的价格市售可得的两种烷基链2-辛基十二烷基或者2-葵基十四烷基。相反地，该11.7％聚合物中所用的烷基链为在实验室并通过冗长的合成路线合成的专门制备的侧链。尽管该侧链产生了最优的性能，但合成该侧链的成本过高。所以，这个例子不但说明了具有最优侧链的重要性，而且强调了需要以低成本容易地优化侧链的方案。为了使有机太阳能电池可以取得商业上的成功，制造低成本的高性能有机太阳能电池是非常重要的。
技术实现思路
在一个实施方案中，本专利技术主题涉及一种共轭聚合物，其含有五个或更多个下式的重复单元其中x和y是表示摩尔分数的实数，其中0<x<1，0<y<1，且x和y之和等于或小于1；n是5或更大的整数；每个Ar1独立地选自由未取代或取代的单环、双环和多环的亚芳基以及未取代或取代的单环、双环和多环的杂亚芳基构成的组，其中，每个Ar可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或杂亚芳基；并且每个Ar2’和Ar2”独立地选自由取代的单环、双环和多环的亚芳基以及取代的单环、双环和多环的杂亚芳基组成的组，其中Ar2’和Ar2”可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或杂亚芳基；其中Ar2’和Ar2”具有的取代基包括但不限于烷基侧链；并且其中Ar2”具有和Ar2”几乎相同的化学结构，不同之处在于Ar2”上的取代基与Ar2’上的取代基不同。在一个实施方案中，本专利技术主题涉及一种有机电子(OE)器件，其包含本专利技术主题的共轭聚合物。在一个实施方案中，OE器件是有机太阳能电池(OSC)。附图说明图1示出了用TMB或者TMB-DIO加工的基于V7:PC71BM的太阳能电池的J-V曲线。图2示出了温度升高时V7的0.01mgmL-1氯苯溶液(CB)溶液的紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱。插图表示温度(单位：℃)。图3示出了温度升高时V10的0.01mgmL-1CB溶液的UV-Vis吸收光谱。插图表示温度(单位：℃)。图4示出了温度升高时V15的0.01mgmL-1CB溶液的UV-Vis吸收光谱。插图表示温度(单位：℃)。具体实施方式定义在本申请中，当组合物被描述为具有、包括或包含特定成分时，或者当方法被描述为具有、包括或包含特定工艺步骤时，则本教导的组合物也可基本上由所列举的成分构成、或者由所列举的成分构成，并且本教导的方法也可以基本上由所列举的工艺步骤构成、或者由所列举的工艺步骤构成。在本申请中，当元件或部件被描述为包括在和/或选自所列举的元件或部件的列表中时，应当理解为，该元件或部件可以是所列举的元件或部件中的任何一个，或者该元件或部件也可以选自由两种或多种所列举的元件或部件组成的组中。此外，应当理解的是，无论本文中是否明确说明，在不脱离本教导的精神和范围的情况下，本文所描述的组合物、装置或方法的元素和或特征可以以各种方式组合。除非有特别说明，否则术语“包括”、“包含”或“具有”等通常应被理解为开放式的以及非限制性的。除非另有明确说明，否则本文中单数形式的使用包括复数形式(反之亦然)。此外，当在数量值之前使用术语“约”时，除非另有特别说明，否则本教导还包括具体的数量值本身。如本文所使用的，除非另有说明或推断，否则术语“约”是指与标称值的误差在±10％以内。应当理解，只要本教导保持可操作性，则步骤的顺序或执行某些动作的顺序是不重要的。此外，可以同时进行两个或更多个步骤或动作。如本文所使用的，“p型半导体材料”或“供体”材料是指具有作为主要电流或电荷载流子的空穴的半导体材料，例如有机半导体材料。在一些实施方案中，当p型半导体材料沉积在基底上时，其可具有超过约10-5cm/Vs的空穴迁移率。在场效应器件的情况中，p型半导体还可以表现出大于约10的电流开/关比。如本文所使用的，“n型半导体材料”或“受体”材料是指具有作为主要电流或电荷载流子的电子的半导体材料，例如有机半导体材料。在一些实施方案中，当n型半导体材料沉积在基底上时，其可具有超过约10-5cm/Vs的电子迁移率。在场效应器件的情况中，n型半导体还可以表现出大于约10的电流开/关比。如本文所使用的，“迁移率”是指在电场的影响下，电荷载流子通过材料速度的量度，在p型半导体材料的情况中，载流子为(例如)空穴(或正电荷单元)，在n型半导体材料的情况中，载流子为电子(或负电荷单元)。该参数取决于器件结构，可以使用场效应器件或空间电荷限制电流测量法来测量该参数。如本文所使用的，对于含有某化合物作为其半导体材料的晶体管，当化合物在暴露于环境条件(例如空气、环境温度和湿度)一段时间后，该晶体管所表现出的载流子迁移率大致维持为其初始测量值时，则该化合物可以被认为是“环境稳定的”或“在环境条件下是稳定的”。例如，如果含有该化合物的晶体管在环境条件(包括空气、湿度和温度)下暴露超过3天、5天或10天的时间后表现出与其初始值相差不超过20％或不超过10％的载流子迁移率，则该化合物可被描述为是环境稳定的。如本文所使用的，填充因子(FF)是指实际最大可获得功率(Pm或Vmp*Jmp)与理论(非实际可获得的)功率(Jsc*Voc)的比值。因此，FF可由下式确定：FF＝(Vmp*Jmp)/(Jsc*Voc)其中Jmp及Vmp分别表示在最大功率点(Pm)处的电流密度及电压，该点是通过改变电路中的电阻直到J*V为其最大值而获得的；并且Jsc及Voc分别表示短路电流及开路电压。填充因子是评价太阳能电池的关键参数。市售的太阳能电池通常具有约0.60％以上的填充因子。如本文所使用的，开路电压(Voc)是在未连接外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共轭聚合物，其包含五个或更多个下式的重复单元

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.11 US 62/496,2081.一种共轭聚合物，其包含五个或更多个下式的重复单元其中x和y是表示摩尔分数的实数，其中0<x<1，0<y<1，且x和y之和等于或小于1；n是5或更大的整数；每个Ar1独立地选自由未取代或取代的单环、双环和多环的亚芳基以及未取代或取代的单环、双环和多环的杂亚芳基组成的组，其中，每个Ar1可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或杂亚芳基；并且每个Ar2’和Ar2”独立地选自由取代的单环、双环和多环的亚芳基以及取代的单环、双环和多环的杂亚芳基组成的组，其中Ar2’和Ar2”可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或杂亚芳基；其中Ar2’和Ar2”具有的取代基包括但不限于烷基侧链；并且其中Ar2”具有和Ar2”几乎相同的化学结构，不同之处在于Ar2”上的取代基与Ar2’上的取代基不同。2.根据权利要求1所述的共轭聚合物，其中所述共轭聚合物包含五个或更多个下式的重复单元：其中x和y是表示摩尔分数的实数，其中0<x<1，0<y<1，并且x和y之和等于或小于1；n是5或更大的整数；每个Ar1和Ar2独立地选自由未取代或取代的单环、双环和多环的亚芳基以及未取代或取代的单环、双环和多环的亚杂芳基组成的组，其中每个Ar1和Ar2可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或亚杂芳基；并且每个R1和R2独立地选自由具有2至40个C原子的直链烷基、支链烷基和环状烷基组成的组，其中一个或多个不相邻的C原子任选地被-O-、-S-、-C(O)-、-C(O-)-O-、-O-C(O)-、-O-C(O)-O-、-CR0＝CR00-或-C≡C-替代，并且其中一个或多个H原子任选地被F、Cl、Br、I或CN替代，或表示具有4至30个未取代或被一个或多个非芳香族基团取代的环原子的芳基、杂芳基、芳氧基、杂芳氧基、芳基羰基、杂芳基羰基、芳基羰氧基、杂芳基羰氧基、芳氧基羰基或杂芳氧基羰基，其中R0和R00独立地为直链烷基、支链烷基或环状烷基；其中R1与R2不同。3.根据权利要求1所述的共轭聚合物，其中所述共轭聚合物包含五个或更多个下式的重复单元：其中x和y是表示摩尔分数的实数，其中0<x<1，0<y<1，并且x和y之和等于或小于1；n是5或更大的整数；每个Ar1、Ar2和Ar3独立地选自由未取代或取代的单环、双环和多环的亚芳基以及未取代或取代的单环、双环和多环的亚杂芳基组成的组，其中Ar1、Ar2和Ar3可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或亚杂芳基；并且每个R1和R2独立地选自由具有2至40个C原子的直链烷基、支链烷基和环状烷基组成的组，其中一个或多个不相邻的C原子任选地被-O-、-S-、-C(O)-、-C(O-)-O-、-O-C(O)-、-O-C(O)-O-、-CR0＝CR00-或-C≡C-替代，并且其中一个或多个H原子任选地被F、Cl、Br、I或CN替代，或表示具有4至30个未取代或被一个或多个非芳香族基团取代的环原子的芳基、杂芳基、芳氧基、杂芳氧基、芳基羰基、杂芳基羰基、芳基羰氧基、杂芳基羰氧基、芳氧基羰基或杂芳氧基羰基，其中R0和R00独立地为直链烷基、支链烷基或环状烷基；其中R1和R2不同。4.根据权利要求1所述的共轭聚合物，其中所述共轭聚合物包含五个或更多个下式的重复单元：其中x和y是表示摩尔分数的实数，其中0<x<1，0<y<1，并且x和y之和等于或小于1；n是5或更大的整数；每个Z1是S或Se；每个Z2是N或C-H；每个Ar1和Ar2独立地选自由未取代或取代的单环、双环和多环的亚芳基以及未取代或取代的单环、双环和多环的亚杂芳基组成的组，其中Ar1和Ar2可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或亚杂芳基；并且每个R1和R2独立地选自由具有2至40个C原子的直链烷基、支链烷基和环状烷基组成的组，其中一个或多个不相邻的C原子任选地被-O-、-S-、-C(O)-、-C(O-)-O-、-O-C(O)-、-O-C(O)-O-、-CR0＝CR00-或-C≡C-替代，并且其中一个或多个H原子任选地被F、Cl、Br、I或CN替代，或表示具有4至30个未取代或被一个或多个非芳香族基团取代的环原子的芳基、杂芳基、芳氧基、杂芳氧基、芳基羰基、杂芳基羰基、芳基羰氧基、杂芳基羰氧基、芳氧基羰基或杂芳氧基羰基，其中R0和R00独立地为直链烷基、支链烷基或环状烷基；其中R1和R2不同。5.根据权利要求1所述的共轭聚合物，其中所述共轭聚合物包含五个或更多个下式的重复单元：其中x和y是表示摩尔分数的实数，其中0<x<1，0<y<1，并且x和y之和等于或小于1；n是5或更大的整数；每个Ar1和Ar2独立地选自由未取代或取代的单环、双环和多环的亚芳基以及未取代或取代的单环、双环和多环的亚杂芳基组成的组，其中Ar1和Ar2可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或亚杂芳基；并且每个R1和R2独立地选自由具有2至40个C原子的直链烷基、支链烷基和环状烷基组成的组，其中一个或多个不相邻的C原子任选地被-O-、-S-、-C(O)-、-C(O-)-O-、-O-C(O)-、-O-C(O)-O-、-CR0＝CR00-或-C≡C-替代，并且其中一个或多个H原子任选地被F、Cl、Br、I或CN替代，或表示具有4至30个未取代或被一个或多个非芳香族基团取代的环原子的芳基、杂芳基、芳氧基、杂芳氧基、芳基羰基、杂芳基羰基、芳基羰氧基、杂芳基羰氧基、芳氧基羰基或杂芳氧基羰基，其中R0和R00独立地为直链烷基、支链烷基或环状烷基；其中R1和R2不同。6.根据权利要求1所述的共轭聚合物，其中所述共轭聚合物包含五个或更多个下式的重复单元：其中x和y是表示摩尔分数的实数，其中0<x<1，0<y<1，并且x和y之和等于或小于1；n是5或更大的整数；每个Ar1和Ar2独立地选自由未取代或取代的单环、双环和多环的亚芳基以及未取代或取代的单环、双环和多环的亚杂芳基组成的组，其中Ar1和Ar2可含有一至五个彼此稠合或连接的所述亚芳基或亚杂芳基；并且每个R1和R2独立地选自由具有2至40个C原子的直链烷基、支链烷基和环状烷基组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜河，姚化桐，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81