專利名稱：N-型材料以及有機電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機化合物、源自這類化合物的n-型受體材料以及包含這類n-型受體材料的裝置。
背景技術(shù)：
已廣泛地研究了基于有機分子的有機發(fā)光二極管(OLED)、有機場效應(yīng)晶體管(OFET)和有機太陽能電池(也稱作有機光伏或0PV)。這類裝置由于它們的低成本加工、相對簡單的封裝以及與柔性基板的相容性而變得日益普及。更具體地，OPV伴隨著下述前景，即以比常規(guī)的硅基太陽能電池更低的成本將陽光高效轉(zhuǎn)化為直接可用的電能。
已知對于在OPV中的高效能量轉(zhuǎn)化，需要至少兩種(有時為更多種)有機材料的混合物至少一種能起到電子供體作用的材料(P-型)以及至少一種能起到電子受體作用的材料(n-型)。自從上世紀(jì)90年代中期，OPV的材料研究已經(jīng)主要集中于開發(fā)供體材料。因此，與有機受體材料性比，更多的有機供體材料可以商購。例如，最廣泛研究的有機半導(dǎo)體為基于芳香胺和噻吩材料的供體材料(Katz等人，Acc. Chem. Res. 2001，34，359;Chan和Ng, Prog. Polym. Sci. 1998，23，1167; Y. F. Li, Y. P. Zhou, Adv. Mater. 2008，20，2952;以及Thelakkat, Macromol. Mater. Eng. 2002, 287, 442)。相反，電子受體的研究已經(jīng)基本上滯后。該領(lǐng)域的工作已經(jīng)主要集中于二萘嵌苯和富勒烯材料，其通常相對困難地用于材料的合成。(Greenham等人，Nature1993,365,628;Kulkarni 等人,Chem. Mater. 2004, 16, 4556;以及 Hughes 和 Bryce, J.Mater. Chem. 2005, 15，94)。這些化合物的化學(xué)方面相對公知，具有較少的新發(fā)展空間。此夕卜，這些材料的制備趨于非常昂貴，尤其是基于富勒烯的材料的情況。二萘嵌苯通常是不溶的，這意味著通常只有真空沉積這些化合物是可行的。自從上世紀(jì)90年代中期，已將富勒烯化合物最優(yōu)化以用于可溶液加工的有機太陽能電池的用途，當(dāng)與所選定的商購供體材料結(jié)合時，提供2%至5%的能量轉(zhuǎn)換效率。除此之外，富勒烯趨于在可見范圍內(nèi)具有低的吸收系數(shù)，難于合成，并且在混合裝置中具有低的開路電壓。因此，亟需制備可用于制備包括OPV在內(nèi)的高效電子裝置的可代替的n-型有機材料。發(fā)明簡述本發(fā)明涉及能在包括有機光伏裝置在內(nèi)的有機裝置中用作受體材料的有機化合物。本發(fā)明的化合物包括交替嵌段的受電子基團和供電子基團，并且在每個末端用受電子基團嵌段終止。本發(fā)明的化合物在可見范圍內(nèi)可以表現(xiàn)出強吸收性，因此可以用作n_型材料，其允許根據(jù)并入化合物中的特定受電子基團和供電子基團來調(diào)整光吸收范圍以及H0M0/LUM0能量水平。
因此，所述化合物可以用于也稱為有機光伏裝置的有機太陽能電池，并且甚至當(dāng)使用柔性基板時，可以允許以比常規(guī)的硅基太陽能電池更低的成本制備有機光伏裝置。因此，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了通式I化合物
權(quán)利要求
1.通式I化合物
2.如權(quán)利要求I所述的化合物,其中各個A獨立地為Al至A31中的一種，并且各個A為任選取代的
3.如權(quán)利要求I或2所述的化合物，其中各個D獨立地為亞乙烯基、亞乙炔基或Dl至D21中的一種，并且各個D為任選取代的
4.如權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述的化合物，其中各個A獨立地被鹵素、氟烷基、全氟烷基、羧基、氰基、銨基、硝基、亞硫酰基、磺?；?、通過氧與骨架連接的酰胺基、吡啶鎗基、鱗基、吡啶基、噻唑基、噁二唑基、三唑基、烷氧基、烷硫基、氨基、羥基、通過氮與骨架連接的酰胺基、通過氧與骨架連接的羧基、苯基、萘基、噻吩基、呋喃基、吡咯基、咔唑基、烷基、烯基或炔基或其任意組合中的一種或多種任選地取代，條件是當(dāng)取代時，各個A的電子特性為受電子的。
5.如權(quán)利要求I至4中任一權(quán)利要求所述的化合物，其中各個D獨立地被烷氧基、烷硫基、氨基、羥基、通過氮與骨架連接的酰胺基、通過氧與骨架連接的羧基、苯基、萘基、噻吩基、呋喃基、吡咯基、咔唑基、烷基、烯基、炔基、鹵素、氟烷基、全氟烷基、羧基、氰基、銨基、硝基、亞硫?；⒒酋；⑼ㄟ^氧與骨架連接的酰胺基、吡啶鎗基、鱗基、吡啶基、噻唑基、噁二唑基或三唑基或其任意組合中的一種或多種任選地取代，條件是當(dāng)取代時，各個D的電子特性為供電子的。
6.如權(quán)利要求I 所述的化合物，其為 N-I、N-2、N-3、N-4、N-5、N-6、N-7、N-8、N-9、N-IO或 N-Il
7.薄膜，其包含權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的化合物。
8.如權(quán)利要求7所述的薄膜，其中所述薄膜還包含電子供體材料。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜，其中所述電子供體材料包括區(qū)域規(guī)則性聚(3-己基噻吩-2，5- 二基)(P3HT)、區(qū)域規(guī)則性聚(3-辛基噻吩-2，5- 二基)(P30T)、區(qū)域規(guī)則性聚(四噻吩)(PQT)、a-聚(亞苯基亞乙炔基)_聚(亞苯基亞乙烯基)(A-PPE-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(2’_乙基-己氧基)-1,4-亞苯基亞乙烯基](MEH-PPV)、聚[2-甲氧基_5_(3，7-二甲基辛氧基)-1,4-亞苯基亞乙烯基](MDMO-PPV)、聚(9，9- 二己基-芴-2，7- 二基-alt-聯(lián)噻吩-2,5’ -二基)、聚(N-烷基-咔唑-2，7-二基-&1〖-4，7-二噻吩基-2，1，3_苯并噻二唑-2,5”-二基)、聚[2，6-(4,4-雙(2-乙基己基)_4H_ 環(huán)戊[2，l-b:3，4_b’ ] 二噻吩)-alt-4，7-(2，1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)、聚(9，9-二辛基-硅雜芴-2，7-二基-alt-4，7-二噻吩基-2，1,3-苯并噻二唑-2，5”-二基)或聚[2，6-(4，4-雙(2-乙基己基)-4H-環(huán)戊[2，l-b:3，4-b’ ] 二噻吩硅雜環(huán)戊二烯)-alt-4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)]。
10.如權(quán)利要求8所述的薄膜，其中所述供體材料包含P3HT。
11.裝置，其包括陽極、陰極以及包含權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的化合物的電子受體材料，所述電子受體材料放置在所述陽極和所述陰極之間。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述電子受體材料在光敏層中。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述光敏層還包括電子供體材料。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述供體材料包括區(qū)域規(guī)則性聚(3-己基噻吩-2，5- 二基)(P3HT)、區(qū)域規(guī)則性聚(3-辛基噻吩-2，5- 二基)(P30T)、區(qū)域規(guī)則性聚(四噻吩)(PQT)、a-聚(亞苯基亞乙炔基)_聚(亞苯基亞乙烯基)(A-PPE-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(2’_乙基-己氧基)-1,4-亞苯基亞乙烯基](MEH-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(3,7-二甲基辛氧基)-1,4-亞苯基亞乙烯基](MDMO-PPV)、聚(9，9- 二己基-芴-2，7- 二基-alt-聯(lián)噻吩-2，5’ -二基)、聚(N-烷基-咔唑-2，7-二基-&1〖-4，7-二噻吩基-2，1，3_苯并噻二唑-2,5”-二基)、聚[2，6-(4,4-雙(2-乙基己基)_4H_ 環(huán)戊[2，l-b:3，4_b’ ] 二噻吩)-alt-4, 7- (2，1，3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)、聚(9，9- 二辛基-硅雜芴-2，7- 二基-alt-4，7-二噻吩基-2，1,3-苯并噻二唑-2，5”-二基)或聚[2，6-(4，4-雙(2-乙基己基)-4H-環(huán)戊[2，l-b:3，4-b’ ] 二噻吩硅雜環(huán)戊二烯)-alt-4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)]。
15.如權(quán)利要求11至14中任一權(quán)利要求所述的裝置，其還包括放置在所述光敏層和所述陽極之間或在所述光敏層和所述陰極之間的平滑層。
全文摘要
本發(fā)明提供了通式I的有機化合物，其中各個A為獨立選擇的共軛吸電子芳香族基團或雜芳香族基團；各個D為獨立選擇的亞乙烯基、亞乙炔基、或共軛供電子芳香族基團或雜芳香族基團；r為大于等于2的整數(shù)；各個n獨立地為1至20的整數(shù)；以及各個p獨立地為1至10的整數(shù)。還提供了源自這類化合物的n-型受體材料以及包含這類n-型受體材料的裝置。
文檔編號C07D417/04GK102812012SQ200980163024
公開日2012年12月5日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者普拉尚特·索納爾, 理查德·耶·青·申洛伊希恩, 陳志寬, 王國豪, 黃勁銘, 阿施瑪?shù)隆て澏?申請人:新加坡科技研究局