噻吩酰亚胺共轭聚合物的合成及性能研究

Polymer semiconductors have attracted great attentions recently,because they can easily achieve the fabrication of transistors with large area under low cost. Though great progress has been made, the lack of high performance polymer semiconductors is still one of the bottleneck for polymer transistors, and lots of basic scientific questions on polymer semiconductors are still unsolved. Considering the research status of polymer semiconductors and the merits of bisthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (bis-TPD) , the applicant will carry out the research on bis-TPD contained polymer semiconductors. In this application, the structure of bis-TPD polymer semiconductors will be adjusted by regulating the copolymerization units and substituents. The effects of the changes of conjugation backbone and substituents to the semiconductors' physicochemical property and molecular packing behavior in solid states will be systematically investigated. Futher, thin film and micro/nano-sized transistors will be fabricated and characterized. The relationships among molecular structure, molecular packing in the solid state and device performance will be investigated.

聚合物半导体由于具有良好的溶液加工性，从而可以方便的实现有机晶体管价格低廉、可大面积制备的优势，成为了当前的研究热点。目前聚合物半导体尽管已取得了巨大的发展，但是高性能的聚合物半导体数目还很少，聚合物半导体领域的许多基本科学问题还没有解决。针对聚合物半导体的研究现状，申请人拟开展新型高性能聚合物半导体的研究。 基于连二噻吩酰亚胺结构单元具有良好的平面性、强的吸电子能力和溶解度可控的特点，本申请将设计合成系列连二噻吩酰亚胺共轭聚合物，并通过调控共聚结构单元和取代基的方法，获得系列高性能聚合物半导体，系统研究共轭骨架和取代基的改变对聚合物半导体物理化学性质和聚集态结构的影响；进一步构筑薄膜、微纳器件，测试器件性能，结合聚集态结构对聚合物半导体领域的基本科学问题如聚合物分子结构与分子堆积、聚合物分子结构与器件性能的关系进行探索。

高性能有机半导体的缺乏是制约有机晶体管发展和应用的瓶颈，基于此，结合噻吩酰亚胺结构单元的特点，本项目开展了高性能噻吩酰亚胺聚合物半导体的设计合成及其性能研究，同时对有机光电器件的基本和共性科学问题如分子结构与分子堆积的关系，分子堆积与器件性能的关系开展了研究。主要取得了如下研究成果：（1）获得了系列高性能噻吩酰亚胺类聚合物半导体，部分材料的场效应电子迁移率超过1.0cm2/Vs，与PCBM共混太阳能电池器件的光电转换效率达9.08%；（2）通过对分子结构的优化，成功实现了噻吩酰亚胺聚合物半导体face-on和edge-on堆积方式的调控，并研究了face-on和edge-on堆积方式对载流子传输特性的影响；（3）系统研究了聚合物在溶液中自聚集程度对晶体管器件性能的影响，证实调控聚合物半导体的自聚集程度对构筑高性能聚合物晶体管至关重要；（4）对噻吩酰亚胺聚合物半导体与PMMA等绝缘体相分离行为进行了研究，构筑了高性能噻吩酰亚胺聚合物/PMMA共混膜晶体管器件。