基于噻吩并[3,4-c]吡咯[4,6]二酮的全受体共轭聚合物的合成及性能研究

The thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione（TPD）unit possesses relative simple compact,symmetric, and planar structure, the strong electron-withdrawing imide group lead to low HOMO and LUMO energy levels， these indicate that the TPD unit is an excellent building block for solution-processable, high performance, air stable n-type polymers. In this application, we synthesize and characterize the all acceptor polymers based the TPD unit, the polymers are synthesized through Stille coupling reaction of TPD-distannyl with electron-deficient dibromide monomer. The all acceptor polymers can gain the absorption in visible region when used as an electron-acceptor in all polymer solar cells in bulk heterojunctions. The LUMO-HOMO energy levels of all acceptor polymers can be tuned to fulfill requirements with respect to the p-type polymer in the active layer.On the other hand, low-lying LUMO level are essential to resist oxidation and thus increase the organic thin-film transistor devices stability, the TPD-based polymers would be the stable n-type material which used in organic thin-film transistors.

噻吩并[3,4-c]吡咯[4,6]二酮（TPD）单元结构简单，对称且共平面，同时TPD含有的强吸电子内酰亚胺基团有利于获得低的LUMO和HOMO能级，是作为合成可溶液加工、高性能、环境稳定的n-型聚合物的理想单元。本申请合成含TPD单元的全受体（A-A）结构的共轭聚合物，不同于通常合成共轭聚合物采用的给体-受体（D-A）结构，A-A结构的聚合物全部由吸电子单元组成，一方面，聚合物可以代替PCBM作为电子传输材料制成全聚合物太阳能电池器件，增加光吸收，调节全受体共轭聚合物的LUMO-HOMO能级，与空穴传输材料能级匹配，优化性能；另一方面，也可作为n-型材料应用于有机薄膜晶体管器件中，含TPD单元聚合物具有的低LUMO能级有利于器件的环境稳定，有望得到环境稳定的新型n-型薄膜晶体管材料。

共轭聚合物由于具有重量轻、成本低、柔韧性好等优点在有机薄膜晶体管、有机光伏等领域的研究越来越引起大家的重视，其性能也取得了很大提高，但是共轭聚合物绝大部分展现的是空穴传输材料，双极性和电子传输材料无论数量和和性能上相对来说明显落后，同时，电子传输材料在有机光伏中有望代替PCBM，增加光吸收。. 为此，我们通过改变聚合物结构类型，设计和合成了一系列全受体的共轭聚合物，首先，以噻吩吡咯二酮和苯并吡咯二酮为受体单元，以噻吩吡咯并吡咯二酮为另一受体单元，合成了共轭聚合物，真空下实现了电子传输，电子迁移率高达0.52 cm2V-1s-1.其次，以噻吩吡咯并吡咯二酮为受体单元，通过改变另一受体单元的结构，合成了三类全受体共轭聚合物，通过分子结构的改变实现了材料性能的优化，得到了双极性传输材料，全受体结构的设计是获得双极性和电子传输材料的一种重要途径。.另外，我们通过改变单体结构，在受体单元中引入缺电子结构，制备两种强缺电子的受体单元，并合成了一系列共轭聚合物，强缺电子单元使得这类共轭聚合物具有低的LUMO能级（̴ -4.0 eV），有利于电子的有效注入和稳定传输，这类聚合物半导体材料获得了优异的电学性能，分别获得了双极性和电子传输，其中电子迁移率最高达到1.08 cm2V-1s-1，而且器件也具有优异的空气稳定性，放置三个月后，电子迁移率仍然达到0.73 cm2V-1s-1。通过合成强缺电子受体单元，也是一种获得双极性和电子传输材料的有效途径。