[發明專利]五元雜環衍生物橋聯的苝二酰亞胺二聚體、其制備方法及其在有機光伏器件中的應用

有效

• 申請號: 201310080645.6
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN104045657B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 姚建年;詹傳郎;陸振歡;張昕
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;C07D471/06;H01L51/46;H01L51/48;C07D495/14;C07D495/04
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產權代理事務所(普通合伙)11417
• 代理人: 劉元霞

技術領域

本發明屬于有機光伏材料領域，涉及一種1,1′-二烷氧基取代的不對稱苝二酰亞胺二聚體，其制備方法及其在有機光伏材料領域的應用。

背景技術

太陽能是一種綠色、環保的可再生能源，它的轉化與應用是解決能源危機的重要戰略途徑之一。與硅基和無機半導體光伏材料的高效光電轉換效率（20-30%）相比，聚合物光伏材料的轉化效率還較低，僅為6-8%左右。

傳統的聚合物光伏材料以聚(3-己基-噻吩)（簡稱P3HT，式a）為電子給體材料、富勒烯衍生物（[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester，簡稱PC61BM或PC60BM和[6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester，簡稱PC71BM或PC70BM）為電子受體材料。PC61BM（PC71BM）雖然可以產生長壽命的電荷分離態（μs級）（N.S.Sariciftci,et al,Science1992,258,1474-1476），但是，它在可見區（>350nm）的吸收很弱，因此，尋找在可見區具有強吸收并可用于光電轉換的電子受體材料一直是有機太陽能電池領域的研究熱點。

苝二酰亞胺（式b）是一類在可見區具有強吸收的n-型有機半導體材料，它的吸收峰位與1,6,7,12-位上的取代基的性質密切相關，隨取代基的種類不同而變化，一般位于500-600nm之間，其摩爾消光系數在10⁴M^-1.cm^-1數量級（C.L.Zhan,A.D.Q.Li,Curr.Org.Chem.,2011,15(9),1314-1339）。但是它的溶解度和成膜性均很差，限制了在光伏材料領域的應用。

少數研究結果表明：式c的分子和式d的分子與P3HT混合，通過溶液加工的方式制備得到的電池器件的轉換效率在0.2-0.5%左右(W.S.Shin,et al,J.Mater.Chem.,2006,16,384–390；V.Kamm,et al,Adv.Energy Mater.2011,1,297–302)。

最近有報道指出，苝二酰亞胺與并三噻吩、苯乙烯、芴等電子給體單元的共聚物可以做為聚合物太陽電池的電子受體材料，與P3HT組合，通過旋涂成膜制備的聚合物太陽電池的轉換效率在0.1%-0.3%數量級(X.W.Zhan,et al,J.Am.Chem.Soc.2007,129,7246；Z.A.Tan,et al,Appl.Phys.Lett.2008,93,073309;L.J.Huo,et al,Macromol.Rapid Commun.2008,29,1444;X.W.Zhan,et al,J.Mater.Chem.2009,19,5794;J.A.Mikroyannidis,et al,J.Phys.Chem.C2009,113,7904;e)E.J.Zhou,et al,J.Mater.Chem.2010,20,2362；E.J.Zhou,et al，Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,2799-2803)。

（式a）

（式b）

（式c）

（式d）

發明內容

本發明的目的是提供一種1,1′-二烷氧基取代的不對稱苝二酰亞胺二聚體、其制備方法及其在有機光伏材料領域內的應用。本發明通過如下技術方案實現：

一種1,1′-二取代的不對稱苝二酰亞胺二聚體，其結構如式I所示：

（式I）

其中，

R和R′各自獨立地選自C_mH_2m+1(m=1-20，優選1-10，更優選2-8)的烷基或者結構為(C₂H₄O)_nCH₃(n=1-5)的寡聚乙二醇，

X選自芳基，雜芳基，R₃取代的芳基，R₄取代的雜芳基，

p選自1-10，優選2-8，更優選3-6的整數，

R₃和R₄選自1-10個碳原子的烷基。