[發明專利]一種吡咯并吡咯二酮衍生物及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310018282.3
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103087083A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 方俊鋒;葉丹丹;張文俊;胡釗;閔超
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;C07F7/08;H01L51/46
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

技術領域

本發明屬于太陽能電池材料技術領域，具體涉及一種吡咯并吡咯二酮衍生物及其制備方法和應用。

背景技術

有機太陽能電池是一種正在進行研究的新型太陽能電池，與無機太陽能電池相比，具有質輕、價廉、可溶液處理、高的機械柔性、可制成柔性大面積器件等優點，其歷史可追溯到1958年，Kearns和Calvin將鎂酞菁染料層夾在兩個功函數不同的電極之間支撐了第一個有機光電轉化器件，觀察到了200mV的開路電壓，同無機太陽能電池相比，光電轉化效率極低。在此后的二十年之間，有機太陽能電池領域內創新不多。

1986年，柯達公司的鄧青云博士將四羧基苝的一種衍生物和銅酞菁組成的雙層膜，將兩層膜分別與兩個電極進行連接制成了有機太陽能電池，該有機太陽能電池的光電轉化效率達到1％左右，雖然與無機太陽能電池相差較遠，但是已經是一個很大的突破。該有機太陽能電池中的雙層膜本質是一個異質結，相當于用兩種有機半導體材料來模仿無機異質結太陽能電池，該種雙層膜異質結的結構為有機太陽能電池研究開拓了一個新的方向，時至今日這種結構仍然是有機太陽能電池研究的重點之一。

雙層膜異質結型有機太陽能電池的雙層膜分別為作為給體和受體，其中，作為給體的有機半導體材料吸收光子后產生空穴-電子對，電子注入到作為受體的半導體材料中，空穴和電子得到分離。在這種體系中，電子給體為p型，電子受體則為n型，從而空穴和電子分別傳輸到兩個電極上，形成光電流。

可溶型有機小分子材料具有明確分子結構，單分散性，可重復合成及提純步驟等優點，已成為可應用溶液加工技術制備有機太陽能電池的理想材料之一。而可溶性有機小分子應用于有機太陽能電池中需要具有較好的成膜性，與受體材料能級匹配并有良好的相容性。因此窄帶系，高遷移率的可溶性有機給體小分子是一類具有發展前景的光伏材料。吡咯并吡咯二酮(DPP)單元存在于很多顏料化合物當中，對可見光具有較好的吸收作用，將其應用于小分子給體材料的制備具有重要的意義。

發明內容

本發明提供了一種吡咯并吡咯二酮衍生物及其制備方法和應用，該吡咯并吡咯二酮衍生物對可見光具有良好的吸收度。

一種吡咯并吡咯二酮衍生物，結構如式(I)所示：

式(I)中，n＝2或4；

R選自如式(I-a)、式(I-b)或式(I-c)所示的基團：

式(I-a)、式(I-b)和式(I-c)中，“*”表示連接位置。

本發明中，所述的吡咯并吡咯二酮衍生物中所共有的吡咯并吡咯二酮結構單元為大的吸電子共軛基團，同時，所含的R基團具有給電子能力，兩者的結合使所述的吡咯并吡咯二酮衍生物具有較好的吸光度，同時該吡咯并吡咯二酮衍生物在常見有機溶劑如二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、氯苯等中有較好的溶解性，可作為有機太陽能電池材料應用于太陽能電池器件中。

本發明還提供了上述吡咯并吡咯二酮衍生物的制備方法，包括如下步驟：

(1)在惰性氣體保護下，將2-氰基噻吩和叔丁醇鉀溶解于醇溶劑中，加熱攪拌條件下，滴加丁二酸二甲酯的醇溶液進行反應，反應完成后經后處理得到化合物(II)，化合物(II)的結構如下式所示：

(2)在惰性氣體保護下，將化合物(II)與無機堿溶于N，N-二甲基甲酰胺，加熱攪拌條件下，加入辛基溴進行反應，反應完成后經后處理得到化合物(III)，化合物(III)的結構如下式所示：

(3)在惰性氣體保護下，避光條件下，將化合物(III)與N-溴代丁二酰亞胺進行溴代反應，反應完成后經后處理得到化合物(IV)，化合物(IV)的結構如下式所示：

(4)在惰性氣體保護下，鈀催化劑存在條件下，化合物(IV)與2-(三丁基錫)-己基噻吩在甲苯中回流進行Stille偶聯反應，反應完全之后經后處理得到化合物(V)，化合物(V)的結構如下式所示：

(5)在惰性氣體保護下，避光條件下，使化合物(V)與N-溴代丁二酰亞胺在三氯甲烷中發生溴代反應，反應完成之后，經后處理得到化合物(VI)，化合物(VI)的結構如下式所示：

(6)在惰性氣體保護下，鈀催化劑存在的條件下，化合物(VI)與金屬錫試劑或硼酸酯化合物進行偶聯反應，反應完全之后，經后處理得到所述的吡咯并吡咯二酮衍生物；

所述的金屬錫試劑或硼酸酯化合物為化合物(VII-1)、化合物(VII-2)或化合物(VII-3)，其中，所述化合物(VII-1)的結構如下：