[發明專利]一種星型小分子及其合成方法和應用

有效

• 申請號: 201410486268.0
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104341411B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 劉治田;劉艷姣;李超
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C07D417/14
• 分類號: C07D417/14;H01L51/46
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池材料技術領域，具體涉及一種基于三苯胺星型小分子及其合成方法和應用。

背景技術

傳統能源如煤炭、石油、天然氣等雖然是目前供能的主力軍，但是它們的儲備很有限，而且引起的污染問題日益嚴重。因此，尋求安全環保、可再生的新能源成為了全世界科學家孜孜不倦的課題，其中，太陽能作為取之不盡用之不竭的清潔能源，受到人們的廣泛關注。有機太陽能電池起步較晚，電池效率與硅基太陽能電池還有較大差距，但是它具有材料選擇范圍廣、結構易調節、工藝簡單、可大面積柔性制作等優點，從而得到研究者的廣泛關注。

太陽能電池是一類將太陽能轉化成電能的裝置，一般分為無機硅太陽能電池和有機太陽能電池，目前硅基太陽能電池已經實現了商品化，能量轉換效率可以達到25％，但是它對材料純度要求高、工藝復雜導致成本高昂，限制了它的廣泛應用。有機小分子太陽能電池較聚合物太陽能電池起步略晚，相對聚合物太陽能電池，它有其獨特的優勢：分子結構確定、易化學修飾、容易提純等，因此得到廣泛研究。

活性層材料是太陽能電池的根本，它吸收光子、產生激子、激子分離、電荷傳輸等過程都在活性層內，因此選擇合適的活性層對提高太陽能電池的效率至關重要。活性層材料由給體材料和受體材料組成。苯胺(TPA)具有良好的空穴傳輸率和給電子能力，被認為是一類有前景的給體材料。以TPA為基礎的小分子(包括以TPA為末端基團和以TPA為核的小分子)在有機光伏器件(OPV)中得到了廣泛的應用。占肖衛課題組報道了一個三維的以TPA為中心，苯并噻二唑為橋聯基團，四聚噻吩作支鏈，它與PC₇₁BM共混的1:2混合作活性層，顯示出良好的膜形態，電池效率仍然較低。要得到高效率的太陽能電池，除了通過退火、添加劑等辦法不斷優化器件，最根本的途徑還是找到吸光范圍寬、膜形態好、能級匹配的材料。

發明內容

本發明目的在于提供一種膜形態好、相分離尺寸適宜、電荷的傳輸和收集效率高的小分子，其具有明確的分子結構，同時提供了了制備方法和應用。

一種基于三苯胺的星型小分子，其結構式為：

其中

上述星型小分子的制備方法，包括以下步驟：

1)3-己基噻吩中加入正丁基氯化錫SnClBu₃，制成錫試劑；

2)所得錫試劑在氮氣保護下加入4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑，100-120℃反應10-14h后加入醋酸溶液，攪拌，淬滅錫試劑，除雜、重結晶得到針狀固體4,7-二(3-己基噻吩)苯并噻二唑；

3)針狀固體中間隔性的加入N-溴丁代二酰亞胺，攪拌反應10-14h，經除雜、重結晶后得到橙色針狀固體；

4)所得橙色針狀固體與三苯胺的硼酸酯通過Suzuki偶聯；在三氯甲烷中冰浴攪拌，間隔性的加入N-溴丁代二酰亞胺，攪拌10-14h；

5)加入4-吡啶硼酸，除雜、分離出上單邊、雙邊和三邊吡啶的終產物。

上述星型小分子在有機太陽能電池材料方面的應用。

上述星型小分子作為有機太陽能電池中的給體材料。

本發明的有益效果：

本發明合成了一種溶劑性好、熱穩定的有機小分子給體材料，分子結構確定、易化學修飾、容易提純等。

本發明合成的一種基于三苯胺星型小分子帶有正電及負電的離子基團，可以通過“自組裝”的方法來加工成膜，可用環保的溶劑如水、醇等溶解加工，可以大大降低太陽能電池工業生產中對環境的污染。

本發明合成的一種基于三苯胺星型小分子在器件中有好的膜形態，相分離尺寸適宜，有利于電荷的傳輸和收集，從而降低載流子的復合，提高了器件的短路電流。

附圖說明

圖1：實施例1熱重分析圖；

圖2：實施例1所得TPA-TBT-P循環伏安測試圖；

圖3：實施例1所得TPA-TBT-DP循環伏安測試圖；

圖4：實施例1所得TPA-TBT-TP循環伏安測試圖。

具體實施方式

以下實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明保護范圍的限制。

本發明基于三苯胺的星型小分子的制備過程如下：