高性能有機半導(dǎo)體材料是有機光電器件的核心組成部分，是有機光電器件應(yīng)用的基礎(chǔ)。近期，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所有機功能分子合成與組裝化學(xué)重點實驗室李洪祥課題組在新型高性能有機半導(dǎo)體材料方面取得了系列進展。
針對目前高性能n-型有機半導(dǎo)體缺乏的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，李洪祥課題組在前期噻吩醌式n-型有機半導(dǎo)體研究的基礎(chǔ)上（Chem. Mater. 2011, 23, 1204; Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 2277; Chem. Mater. 2014, 26, 5782），在噻吩醌式分子中引入呋喃結(jié)構(gòu)單元，首次合成了呋喃-噻吩醌式n-型有機半導(dǎo)體分子。該化合物顯示了高的電子遷移率，其溶液法制備的晶體管器件遷移率高達7.7 cm2/Vs。單晶結(jié)構(gòu)和薄膜XRD結(jié)果顯示呋喃-噻吩醌式分子在薄膜中呈面對面（face-to-face）的π-π堆積，且π-π堆積的方向與載流子傳輸方向一致。上述結(jié)果表明呋喃-噻吩醌式分子是一類優(yōu)異的高性能n-型有機半導(dǎo)體（Advanced Materials, 2016, 28,5949）。
圖1. 呋喃-噻吩醌式分子的結(jié)構(gòu)式及其在器件中的堆積結(jié)構(gòu)。
給-受體共軛聚合物是一類重要的聚合物半導(dǎo)體。優(yōu)異受體結(jié)構(gòu)單元的缺乏是制約新型高性能給-受體聚合物半導(dǎo)體發(fā)展的瓶頸之一。李洪祥課題組在前期高性能噻吩酰亞胺聚合物半導(dǎo)體工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計合成了系列雙噻吩酰亞胺聚合物。電化學(xué)和吸收光譜顯示這些聚合物在有機晶體管和有機太陽能電池方面具有潛在的應(yīng)用。通過溶液方法構(gòu)筑的薄膜晶體管測試表明，其薄膜器件呈現(xiàn)高性能的雙極性載流子傳輸特性，其最高電子/空穴遷移率達1.02/ 0.33 cm2/Vs。基于ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PC71BM/Ca/Al結(jié)構(gòu)的太陽能電池表征顯示，雙噻吩酰亞胺聚合物電池具有高的開路電壓和光電轉(zhuǎn)化效率，其開路電壓約為1.0 V，電池的光電轉(zhuǎn)化效率可達6.46 %。上述結(jié)果表明雙噻吩酰亞胺是一類優(yōu)異的多功能受體結(jié)構(gòu)單元（Adv. Funct. Mater. 2016, DOI:10.1002/adfm.201604286）。
圖2. 雙噻吩酰亞胺聚合物的結(jié)構(gòu)式及其晶體管器件轉(zhuǎn)移曲線和太陽能電池I-V曲線。
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的資助。
原文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201604286/pdf
