[發(fā)明專利]一種齒輪型雜環(huán)三聚苝二酰亞胺化合物及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610204033.7
• 申請(qǐng)日: 2016-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN107286178B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王朝暉;孟東;李燕;姜瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C07D495/22
• 分類號(hào): C07D495/22;C07D517/22;C09K11/06;H01L51/46
• 代理公司: 北京元中知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11223
• 代理人: 另婧

本發(fā)明提供了一種齒輪型雜環(huán)三聚苝二酰亞胺化合物，所述的化合物的結(jié)構(gòu)式如式(I)所示：其中，R₁選自如下任意一種基團(tuán)：C_2?60的烷基、含取代基的烷基、烷氧基、含取代基的烷氧基、芳香基、含取代基的芳香基、烷基芳香基、含取代基的烷基芳香基、烷基雜芳香基、含取代基的烷基雜芳香基、烷基雜環(huán)基或含取代基的烷基雜環(huán)基，各位置上的R₁相同或不同；R₂選自S或Se，各位置上的R₂相同或不同。本發(fā)明齒輪型雜環(huán)三聚苝二酰亞胺在單鍵連的三聚苝二酰亞胺的6，7,6′,7′,6″,7″六個(gè)位置上引入了雜原子，明顯的提高了光電轉(zhuǎn)化效率，其設(shè)計(jì)思路合理有效，分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合成步驟減短，是一種具有重要應(yīng)用前景的有機(jī)太陽(yáng)能電池材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)光伏材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種齒輪型雜環(huán)三聚苝二酰亞胺化合物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能是人類最安全、最綠色、最理想的可再生潔凈能源。有機(jī)光伏電池利用有機(jī)光伏材料制備器件以實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，可通過溶液加工技術(shù)制成柔性的大面積器件，具有重量輕、成本低、便攜等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)光伏電池是國(guó)際前沿交叉研究領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

有機(jī)光伏材料可分為電子給體和電子受體，富勒烯衍生物是目前最廣泛使用、最成功的電子受體。但由于富勒烯受體存在可見區(qū)吸收弱、能級(jí)調(diào)控難、易聚集導(dǎo)致器件穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，非富勒烯受體越來越受到人們的關(guān)注。然而非富勒烯受體的效率大大低于富勒烯受體，發(fā)展高性能的非富勒烯受體是有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性難題。

苝二酰亞胺(Perylene tetracarboxylic acid diimide，簡(jiǎn)稱PDI)類衍生物是一類常見的工業(yè)顏料，廣泛應(yīng)用于燃料，涂料等工業(yè)領(lǐng)域。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，PDI類衍生物以其具有優(yōu)異的熱和光化學(xué)穩(wěn)定性以及獨(dú)特的光物理和光化學(xué)性質(zhì)被賦予了新的性能和應(yīng)用。因而其在有機(jī)光電領(lǐng)域有著重要的地位和應(yīng)用前景，引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。苝二酰亞胺類衍生物在工業(yè)界的應(yīng)用包括發(fā)光二極管、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)光伏。其在有機(jī)光伏領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要是作為受體替代廣泛應(yīng)用的富勒烯衍生物(例如PCBM)。考慮到苝二酰亞胺衍生物具有與活性層中常用的富勒烯(PCBM)相匹配的能級(jí)以及其具有較高的電子遷移率的優(yōu)點(diǎn)，因而其作為電子緩沖層材料具有潛在應(yīng)用的價(jià)值。研究人員通過不同的合成方法，制備了一系列苝二酰亞胺衍生物，開發(fā)了大量性能優(yōu)越的有機(jī)半導(dǎo)體材料。

公開號(hào)CN105037400A公開了一種新型雜環(huán)二聚苝酰亞胺類化合物及其制備方法，以及所述的二聚苝酰亞胺可用作有機(jī)光伏材料中的電子受體中的用途，該發(fā)明化合物解決了傳統(tǒng)的苝酰亞胺類分子在固態(tài)下，分子之間極強(qiáng)的作用力導(dǎo)致的分子聚集的問題，在單鍵連的二聚苝二酰亞胺的6，7，6′，7′四個(gè)位置進(jìn)行雜原子引入，可有效的防止了分子間的緊密堆積，抑制材料的結(jié)晶性，提高無定型性能，并提高了開路電壓和光吸收效率，光電轉(zhuǎn)換效率高，但是其分子之間極強(qiáng)的作用力導(dǎo)致了分子聚集，嚴(yán)重制約了器件的效率。

公開號(hào)CN104650083A公開了一類基于三苯胺-苝二酰亞胺的星型三維共軛分子及其制備方法，以及該類分子作為活性材料在有機(jī)半導(dǎo)體如有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用，本發(fā)明的基于三苯胺-苝二酰亞胺的星型三維共軛分子具有較好的太陽(yáng)光捕獲能力和電子傳輸能力，并且具有很好的溶液加工性，為制作有機(jī)太陽(yáng)能電池器件的理想材料。

CN104447744A公開了一種苝二酰亞胺衍生物、及其在太陽(yáng)能電池的應(yīng)用及制備方法。該發(fā)明涉及一種1,6,7,12-四取代-苝二酰亞胺衍生物、及其制備方法，以及以苝二酰亞胺衍生物為受體型材料的太陽(yáng)能電池及其制備方法，以解決苝二酰亞胺衍生物產(chǎn)率低，衍生產(chǎn)品少等問題。

雖然苝酰亞胺是一類在可見區(qū)具有強(qiáng)吸收的n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料，具有化學(xué)、熱和光穩(wěn)定性好，吸收光譜范圍較廣以及熒光量子產(chǎn)率較高的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)電池材料。但是由于苝二酰亞胺類化合物的分子聚集非常嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了器件的的效率。