有机半导体中的全能王------电池给体受体我来担，场效应管P型N型、双极性小case

自从上世纪70年代，有机电子学的曙光照向科研界。有机材料能够导电这一颠覆传统的理念已经被世人所认可，这预示着一个材料新时代的到来，因为利用有机材料制成的电子或者其他设备的最大优势就是质轻、柔性大可折叠。其中，近些年有机太阳电池与有机场效应管发展迅速，成为了研究热点。在影响材料的众多因素中，电子结构至关重要。对于电子结构，深HOMO和/或LUMO能级无论对于有机场效应管还是有机光伏器件都至关重要。尽管深的HOMO能级可以赋予材料抗氧化性从而增强其稳定性，非常重要。但是，深的LUMO能级可以赋予材料电子传输特性，而聚合物中的LUMO能级一般是由受体单元决定，因此开发新的受体单元是发展高效的半导体聚合物的重要任务。

BTI与TBI的化学结构。图片来源：Wiley

酰胺功能化的化学单元由于其本身缺电子的特性，是一类具有非常大潜力的受体单元（吸电子单元）。其中，二噻吩并苯二酰胺（BTI），是由美国科学院院士Tobin J Marks课题组开发出来的明星单元，而且它可以提供相对深的HOMO与LUMO能级，因此可以构造p-型与n-型半导体聚合物。

最近，日本理化学研究所（RIKEN）Itaru Osaka课题组，将两个BTI并联到一起，在《Advanced Materials》报道合成了新的受体单元TBI。并将新合成的TBI与不同的给体单元进行聚合，构造了一系列的聚合物。其中Masahiko Saito为第一作者。（Dithienylthienothiophenebisimide, a Versatile Electron-Deficient Unit for Semiconducting Polymers. Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201601373）

基于TBI的聚合物的合成步骤、BTI的聚合物结构图片。图片来源：Wiley

他们研究了这些聚合物的光学、电化学、结晶排列等基本性质，并制作了有机太阳能电池器件，其中利用新型聚合物PTBI2TR作为给体材料，PC71BM作为受体材料，光电转化效率可以达到8%。值得关注的是，这一系列器件，普遍具有较大的开路电压，可以超过1V，这对于应用于叠层器件或者是器件在较低的光强下工作（例如在室内使用）具有重要意义。有意思的是，将这些聚合物再作为受体材料，利用P3HT作为给体材料，制成相应的有机太阳能电池器件，其光电转换效率最高也可以达到1%。

除此之外，他们将这些材料制成有机场效应管，来研究这系列材料对于电荷的传输特性。其中PTBI2T与PTBI2TR展现出了p-型特性（可以传输空穴），PTBITT展现出了p-型与n-型两种特性（既可以传输空穴也可以传输电子），PTBI2Tz展现出了n-型特性（可以传输电子）。

至今为止，在整个有机半导体领域，并没有其他任何聚合物构筑单元可以像TBI一样提供如此多样化的功能。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201601373/full

（本文由科研小帝供稿）

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