[發(fā)明專利]一種鄰位橋聯(lián)苝二酰亞胺二聚體及其制備方法和在有機(jī)光伏器件中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610258501.9
• 申請(qǐng)日: 2016-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN107304218B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚建年;詹傳郎;姜博
• 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): C07D519/00
• 分類號(hào): C07D519/00;C07F7/10;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本發(fā)明提供了一種鄰位橋聯(lián)的苝二酰亞胺二聚體(式I)及其制備方法以及其在有機(jī)光伏領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明還涉及這類化合物的有機(jī)太陽能電池及其制備方法。與PDI單體分子相比，形成的扭曲的二聚體結(jié)構(gòu)可以有效地減弱PDI分子之間的過分聚集，從而降低相尺寸。同時(shí)，通過鄰位橋聯(lián)，可以避免在腰位橋聯(lián)所造成的PDI內(nèi)核的變形，從而使其能夠保持一定的平面性和較強(qiáng)的π?π堆積，獲得較高的電子遷移率。使用該P(yáng)DI二聚體為受體材料，與電子給體型聚合物組合，制備了有機(jī)太陽能電池，取得了很高的光電轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)光伏材料領(lǐng)域，涉及一種通過鄰位橋聯(lián)的苝二酰亞胺類小分子二聚體及其制備方法以及其在有機(jī)光伏領(lǐng)域的應(yīng)用。

背景技術(shù)

太陽能具有清潔、可再生以及儲(chǔ)量巨大等優(yōu)點(diǎn)。如何有效地利用太陽能，一直是近些年的研究熱點(diǎn)。利用太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，是非常具有吸引力的一條途徑。

與無機(jī)半導(dǎo)體光伏材料相比，溶液可加工的有機(jī)聚合物以及小分子光伏材料具有成本較低且適合于大面積柔性加工等優(yōu)點(diǎn)。電池活性層中的給體材料可以分為聚合物以及小分子兩種，與聚合物材料相比，有機(jī)小分子材料具有結(jié)構(gòu)、分子量明確，易于修飾提純等優(yōu)點(diǎn)，而受到廣泛關(guān)注。

苝二酰亞胺(PDI)類材料具有優(yōu)異的光電性質(zhì)，比如在450-650nm的可見光區(qū)有很強(qiáng)的吸收，較強(qiáng)的電子親和能使其最低空軌道(LUMO)的能級(jí)比較低(-4.0eV)，較高的電子遷移率(10^-3-10¹cm²V^-1s^-1)。另外，分子內(nèi)的修飾位點(diǎn)很多且修飾手段多樣以及物理化學(xué)、熱穩(wěn)定性較高。這些都是作為優(yōu)秀的光伏材料所必不可少的，因此，PDI在小分子受體材料領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。但是由于PDI自身的大的π體系使其容易聚集形成較大的相尺寸(100nm)，不利于激子的分離，因此，有效降低相尺寸是提升PDI類材料效率的有效途徑。目前在PDI的腰位進(jìn)行橋聯(lián)形成扭曲的二聚體是一種有效地降低相尺寸的方法。不幸的是，這種扭曲雖然降低了相尺寸，但是在腰位的橋聯(lián)單元會(huì)造成PDI內(nèi)核兩個(gè)萘環(huán)的變形，嚴(yán)重破壞了PDI分子π體系的有序性，不利于載流子的有效傳輸。如何使降低相尺寸和增強(qiáng)π體系有序性達(dá)到平衡就成為了一個(gè)進(jìn)一步提升PDI光伏性能的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種通過鄰位橋聯(lián)的PDI小分子二聚體及其制備方法以及其在有機(jī)光伏領(lǐng)域的應(yīng)用。跟PDI單體分子相比，形成的扭曲的二聚體結(jié)構(gòu)可以有效地減弱PDI分子之間的過分聚集，從而降低相尺寸的大小。同時(shí)，通過鄰位橋聯(lián)，可以避免在腰位橋聯(lián)所造成的PDI內(nèi)核的變形，從而使其能夠保持一定的平面性和較強(qiáng)的π-π堆積，獲得較高的 電子遷移率。這樣，就可以使降低相尺寸和增強(qiáng)π體系有序性達(dá)到平衡，達(dá)到進(jìn)一步提升PDI材料光伏性能的目的。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種鄰位橋聯(lián)的PDI二聚體，其結(jié)構(gòu)如式I所示：

其中，

所述R為C_1-20烷基；

X可相同可不同，獨(dú)立的選自芳基、雜芳基，上述芳基、雜芳基可以任選被1-5個(gè)取代基取代，所述取代基選自：C_1-20烷基、C_1-20烷氧基、C_1-20烷硫基、鹵素、C_1-20鹵烷基；

p選自1-10；p優(yōu)選1-8，例如p為2、3、4、5、6等。

根據(jù)本發(fā)明，所述的烷基指碳原子數(shù)為1-20個(gè)的直鏈或支鏈烷基，例如，甲基、乙基、己基、2-乙基己基、2-己基辛基、3-戊基、6-十一烷基等。

根據(jù)本發(fā)明，所述的芳基指具有6-20個(gè)碳原子的單環(huán)或多環(huán)芳族基團(tuán)，代表性的芳基包括：苯基、萘基、蒽基、芘基等。