[發明專利]一種含噻吡嗪基的電子給體材料及其制備方法和有機太陽能電池器件

無效

• 申請號: 201310305880.9
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN104292240A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 周明杰;張振華;王平;鐘鐵濤
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: C07D495/04
• 分類號: C07D495/04;H01L51/46
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及有機半導體材料領域，尤其涉及一種含噻吡嗪基的電子給體材料及其制備方法。本發明還涉及一種使用該含噻吡嗪基的電子給體材料作為活化層的電子給體材料的有機太陽能電池器件。

背景技術

本體異質結太陽能電池因為其低成本，重量輕，制備工藝簡單和可制備成大面積柔性器件等優點而引起廣泛關注。基于共軛聚合物給體，富勒烯衍生物受體的聚合物太陽能電池的最高能量轉換效率達到了9.2%。雖然可溶液加工的有機小分子太陽能電池的最高能量轉換效率仍然低于相應的聚合物，但是其明確的分子結構，確定的分子量和高純度等優點使得基于小分子的有機太陽能電池成為新的研究熱點。

目前，基于可溶液加工的有機小分子太陽能電池的光電轉換效率已經超過了6%。但相對于有機聚合物太陽能電池而言，有機小分子太陽能電池仍然存在很多不足之處。其中，吸收光譜與太陽光不匹配是首要的因素。而且給受體結構的有機共軛分子由于可以通過引入不同的給受體基團，來調節分子的共平面性、分子內電荷轉移強度，從而調節分子的吸收性質、能級結構以及載流子遷移率等，因而成為一類極具發展潛力的有機小分子太陽能電池材料。

發明內容

基于上述問題，本發明所要解決的問題在于提供一種光轉換效率和載流子遷移率較高的含噻吡嗪基的電子給體材料。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的一種含噻吡嗪基的電子給體材料，即給受體有機共軛分子（TPz），其結構通式如下：

即4,4'-(5,5'-(2,3-二(4-(烷氧基)苯基)噻[3,4-b]吡嗪-5,7-二基)二(噻吩-5,2-二基))二(N,N-二苯基胺)；式中，R為C₁～C₂₀的烷基；

本發明實施例的另一目的在于提供一種含噻吡嗪基的電子給體材料的制備方法，包括如下步驟:

分別提供如下結構式表示的化合物A和B，

A：即5,7-二(5-溴噻吩-2-基)-2,3-二(4-(烷氧基)苯基)噻[3,4-b]吡嗪；

B：即N,N-二苯基-4-頻哪醇硼酸酯苯胺；

在無氧環境（優選氬氣、氮氣中的至少一種氣體組成的無氧環境）下，將摩爾比為1:2～2.4的化合物A和B添加入含有催化劑和堿溶液的有機溶劑中溶解后，于70～130℃下進行Suzuki耦合反應12～48小時，降溫后停止聚合反應，經分離提純反應液，得到如下結構通式的所述含噻吡嗪基的電子給體材料：

式中，R為C₁～C₂₀的烷基。

其中，所述催化劑為所述催化劑為雙三苯基膦二氯化鈀，四三苯基膦鈀；或者

所述催化劑為摩爾比為1:4～8的醋酸鈀與三鄰甲苯基膦混合物，或者摩爾比為1:4～8的三二氬芐基丙酮二鈀與2-雙環己基膦-2’,6’-二甲氧基聯苯混合物；

所述催化劑與所述化合物A的摩爾比為1:20～1:100。

所述堿溶液選自碳酸鈉溶液、碳酸鉀溶液及碳酸氫鈉溶液中的至少一種，所述堿溶液中，堿溶質與化合物A的摩爾比為20:1。

在優選的實施例中，有機溶劑選自溶劑為甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的至少一種。

在優選的實施例中，Suzuki耦合反應溫度為90～120℃下、反應時間為24～36小時。

在優選的實施例中，分離提純反應液包括步驟：

反應停止后，用二氯甲烷萃取反應液多次，得到有機相并合并有機相；然后用無水硫酸鎂干燥后旋干有機相，得到粗產物；粗產物采用體積比為10:1的石油醚與乙酸乙酯為淋洗液，經硅膠層析柱分離得到晶體粉末，收集晶體粉末并在真空下50℃干燥24h后，得到所述含噻吡嗪基的電子給體材料。

本發明還提供一種有機太陽能電池器件，其活化層的電子給體材料為如下結構式的含噻吡嗪基的電子給體材料：

式中，R為C₁～C₂₀的烷基。

本發明的含噻吡嗪基的電子給體材料，屬于給受體有機共軛分子（TPz），具有較低的HOMO能級、窄帶隙、高遷移率、較寬的吸收范圍，將該含噻吡嗪基的電子給體材料用于制備太陽能電池，可以獲得高的開路電壓和光電轉換效率。

上述含噻吡嗪基的電子給體材料的制備方法，采用了較簡單的合成路線，從而減少工藝流程，原材料價廉易得，使得制造成本降低，容易重復，有利于器件工業化批量生產。

附圖說明