專利名稱：金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機半導(dǎo)體材料，更具體的涉及一種金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料。本發(fā)明還涉及金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
利用廉價材料制備低成本、高效能的太陽能電池一直是光伏領(lǐng)域的研究熱點和難點。目前用于地面的硅晶電池由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，使其應(yīng)用受到限制。為了降低電池成本，拓展應(yīng)用范圍，長期以來人們一直在尋找新型的太陽能電池材料。有機半導(dǎo)體材料以其原料易得、廉價、制備工藝簡單、環(huán)境穩(wěn)定性好、有良好的光伏效應(yīng)等優(yōu)點備受關(guān)注。自 1992 年 N. S. Sariciftci 等在 SCIENCE (N. S Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, etal. Science, 1992, 258,1474)上報道共軛聚合物與C6tl之間的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象后，人們在聚合物太陽能電池方面投入了大量研究，并取得了飛速的發(fā)展，但是仍比無機太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率低得多。限制性能提高的主要制約因素有有機半導(dǎo)體材料的光譜響應(yīng)與太陽輻射光譜不匹配，有機半導(dǎo)體相對較低的載流子遷移率以及較低的載流子的電極收集效率等。為了使聚合物太陽能電池得到實際的應(yīng)用，開發(fā)新型的材料，大幅度提高其能量轉(zhuǎn)換效率仍是這一研究領(lǐng)域的首要任務(wù)。卟啉分子是在卟吩環(huán)上連有取代基的一類大環(huán)化合物的總稱，嚇吩是由四個吡咯環(huán)和四個次甲基橋聯(lián)起來的單雙鍵交替的平面結(jié)構(gòu)大環(huán)離域η電子共軛體系。它們電荷轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)移反應(yīng)的量子效率較高，具有良好的電子緩沖性和光電磁性，良好的剛?cè)嵝院洼^好熱穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性。因此，卟啉類有機半導(dǎo)體材料是一類很有前途的材料，其在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用已得到廣泛研究。元素周期表中幾乎所有的金屬和一些非金屬元素都可以與卟啉作用形成配合物。在這些化合物中，包括了大部分的主族和副族金屬元素，一些鑭系金屬(1^311，％等)也己經(jīng)合成。由于卟啉是具有18個π電子的大共軌體系，其環(huán)內(nèi)電子流動性非常好，因此，大多數(shù)金屬卟啉化合物都有較好的光電性質(zhì)。噻吩并[3，4_c] [1,2,5]噻二唑是一種具有優(yōu)良的平面結(jié)構(gòu)，含有一個五元環(huán)和六元環(huán)骨架的受體單元，具有分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移性質(zhì)和優(yōu)異的電化學(xué)還原性質(zhì)。單元的S和 N之間的作用力使得聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有序化，從而對降低帶隙有利，因此，它經(jīng)常作為受體單元引入到光電材料中以調(diào)節(jié)帶寬和還原電勢。在光伏材料中引入受體單元噻吩并[3， 4-c] [1,2,5]噻二唑引入到給電子的卟啉單元中形成的具有給體-受體結(jié)構(gòu)單元的給體材料，不但可以進一步降低帶隙，并同時具有高的空穴遷移率和寬的太陽光吸收光譜范圍。近年來，含硅共軛聚合物在光電功能材料的研究中也受到越來越多的重視。一方面是由于硅原子以化學(xué)鍵形式結(jié)合到基于碳氫氮硫的傳統(tǒng)共軛聚合物中，能顯著改變聚合物的電子結(jié)構(gòu)和分子狀態(tài)，從而調(diào)控聚合物的光電性能；另一方面，硅是一種廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子電器等行業(yè)的無機功能材料，含硅共軛聚合物作為一種有機-無機雜化材料具有很高的研究和開發(fā)價值。硅芴是良好的光電基團，具有很好的熱穩(wěn)定性，以及較低的最低未占有軌道(LUMO)和較高的三線態(tài)能級，從而具有較高的電子親和力和較高的電子注入和傳輸能力，并可以用作主體材料。然而含有硅芴的金屬卟啉-噻吩并噻二唑的有機半導(dǎo)體材料至今仍沒有文獻和專利報道，這就大大限制了有機半導(dǎo)體材料的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料，其可以解決上述問題。本發(fā)明的目的還在于提供一種金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明所涉及的金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料，具有以下結(jié)構(gòu)(P)
權(quán)利要求
1.一種金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料，其特征在于，其具有如下通式(P)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料，其特征在于，所述金屬離子為 Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+ 或 Sn2+ 中的一種。
3.一種金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟步驟Si、將5，7_二溴噻吩并[3，4-c] [1,2,5]噻二唑(s)溶于第一有機溶劑中，用液氮 /異丙醇降溫至-78°C，然后滴加n-BuLi，并在-78V反應(yīng)1_5小時，再加入2-異丙氧基_4， 4，5，5-四甲基-1，3，2- 二雜氧戊硼烷(χ)，繼續(xù)在_78°C下反應(yīng)0. 5-5小時，然后自然升溫至室溫，反應(yīng)1-48小時后，得到5，7- 二 0，4，5，5-四甲基-1，3，2- 二雜氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c] [1,2,5]噻二唑(g)；反應(yīng)式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟步驟Sl中， 所述第一有機溶劑中為四氫呋喃、乙醚或者二氧六環(huán)中的至少一種；所述4，7- 二(三丁基錫)-2，1,3-噻吩并噻二唑與三正丁基氯化錫的摩爾比1 1 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中， 所述第一催化劑為丙酸或三氟乙酸；所述氧化劑為二氯二氰基苯醌；所述第二有機溶劑為三氯甲烷、二氯甲烷中的一種或兩種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中， 所述溴化劑為N-溴代丁二酰亞胺；所述第三有機溶劑為四氫呋喃、氯仿、二甲基酰胺或鄰二氯苯中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述第四有機溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、四氫呋喃、苯、甲苯中的至少一種；所述含M金屬離子的溶液中，M金屬離子選自Si2+、Cu2+、Fe2\ Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2\Mn2\ Ni2+、1 2+或Sn2+中的一種，溶劑為甲醇、乙醇或水中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中，所述第二催化劑為有機鈀或有機鈀與有機磷配體的混合物；所述第二催化劑的摩爾用量為5，7- 二 0，4，5，5-四甲基-1，3，2- 二雜氧戊硼烷)基噻吩并[3，4-c][l，2，5]噻二唑(g)摩爾用量的0.01%-20% ；所述第五有機溶劑為四氫呋喃、二氯甲烷、氯仿、二氧六環(huán)、二甲基酰胺、乙二醇二甲醚、二甲基亞砜、苯、氯苯或甲苯中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述有機鈀為Pd2(dba) 3、Pd (PPh3) 4、 Pd(OAc)2或Pd (PWi3)2Cl2 ；所述有機磷配體為P (O-TOl)3、三環(huán)己基膦；所述有機鈀與有機磷配體的混合物中，有機鈀與有機磷配體的摩爾比為1 1 20。
10.一種如權(quán)利要求1所述的金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料在有機太陽能電池，有機電致發(fā)光器件，有機場效應(yīng)晶體管，有機光存儲，有機非線性器件和有機激光器件等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子材料領(lǐng)域，其公開了一種金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料及其制備方法和應(yīng)用；該金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料具有結(jié)構(gòu)式(P)式中n為1-100間的整數(shù)，R1，R2，R3，R4為H、C1-C32的烷基、苯基、含有一個或多個C1-C32的烷基苯或烷氧基苯；M為金屬離子。本發(fā)明提供的一種金屬卟啉-噻吩并噻二唑有機半導(dǎo)體材料，成膜性能好，吸光度強，對光吸收范圍寬，提高了其對太陽光的利用率；還具有較好的熱穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性。此外，其制備方法工藝簡單、易于操作和控制。
文檔編號H01L51/54GK102453234SQ20101052379
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者劉貽錦, 周明杰, 黃杰 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司