近年來(lái)，有機(jī)共軛聚合物由于具有優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì)，其研究受到廣泛關(guān)注。人們發(fā)現(xiàn)聚合物的側(cè)鏈不僅可以提高聚合物在有機(jī)溶劑中的溶解性，而且可以影響聚合物的半導(dǎo)體性能。
在中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)的支持下，中科院化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員張德清課題組科研人員在調(diào)控側(cè)鏈改變聚合物半導(dǎo)體性能的研究方面取得系列研究進(jìn)展。他們?cè)诰酆衔飩?cè)鏈中引入脲基團(tuán)，得到了側(cè)鏈含功能基團(tuán)的共軛聚合物，如圖1所示。由于側(cè)鏈間的氫鍵相互作用，聚合物薄膜的有序性增強(qiáng)；與不含脲基團(tuán)的聚合物相比，其場(chǎng)效應(yīng)晶體管遷移率由3.4 cm2V-1s-1提升到13.1 cm2V-1s-1，體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率也由3.8%提升到6.8%。此研究結(jié)果為聚合物側(cè)鏈的研究提供了新的思路，最近發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上 (J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 173)。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在共軛給-受體聚合物（DPPTTT）薄膜中引入四甲基銨鹽，共軛聚合物薄膜的載流子遷移率得到了大幅提高。以此摻雜后的共軛高分子薄膜制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的遷移率達(dá)到26.2 cm2V-1s-1，而且具有高開(kāi)關(guān)比、強(qiáng)空氣穩(wěn)定性。對(duì)其機(jī)理研究表明，四甲基銨鹽的存在限制了側(cè)鏈扭轉(zhuǎn)，使薄膜有序性得到了提高，從而提升了其半導(dǎo)體性能（Sci. Adv.2016, 2, e1600076.）。該結(jié)果被NanotechWeb以Ionic additive improves OFETs 為題進(jìn)行了報(bào)道。
側(cè)鏈含有脲基團(tuán)的共軛聚合物與其薄膜結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體性能變化
