[發明專利]多并稠環共軛大分子及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710286150.7
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN108794504B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 占肖衛;王嘉宇
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C07D495/22
• 分類號: C07D495/22;H10K85/60;G01N21/33;H02S50/15
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉淼;嚴政

本發明涉及有機及鈣鈦礦太陽能電池和光探測器領域，具體地，涉及一種多并稠環共軛大分子及其制備方法和應用。所述多并稠環共軛大分子為下式(1)所示的化合物。本發明提供的多并稠環共軛大分子，具有較強的光吸收、較高的電荷傳輸性能以及合適的電子能級，適合于作為光伏材料或光探測材料應用于制備太陽能電池或光探測器中。

技術領域

本發明涉及有機及鈣鈦礦太陽能電池和光探測器領域，具體地，涉及一種多并稠環共軛大分子及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，有機太陽能電池發展迅速，由于其具有重量輕、柔性好、加工方式簡單、可大面積制備并且成本低等優點，受到學術界和工業界的廣泛關注。鈣鈦礦太陽能電池近年來由于效率的快速提升得到了學術界和工業界巨大的關注。有機光探測器作為一種新型光電探測器也是有機電子學研究的重要方向。目前，基于聚合物給體與富勒烯受體共混制備的有機太陽能電池的光電轉換效率已突破11％。這顯示出有機太陽能電池的巨大應用前景。聚合物材料由于其較高的摩爾消光系數，較寬的太陽光譜吸收，使得光伏器件的光電轉換效率較高。然而，聚合物也有不足之處，比如：不確定的分子結構，多分散性的分子量分布，較難的批次重復性，不易純化等問題。與聚合物不同，有機稠環小分子和大分子半導體材料由于具有確定的分子結構及分子量，以及具有批次穩定及純化簡單且純度高等優點，使得有機稠環小分子和大分子太陽能電池研究漸趨于熱。

由于富勒烯衍生物擁有足夠大的電子親和力、各向同性的電子傳輸性能、較匹配的電子能級等優點，使得富勒烯衍生物(PC₆₁BM和PC₇₁BM)成為受體材料里的明星分子，一直占據著主導地位。然而PCBM也存在著諸多缺點，如較弱的可見光吸收、較難的能級調控、復雜繁瑣的提純過程等。新型有機多并稠環大分子具有強可見區吸收特性，作為光伏材料特別適合于有機太陽能電池和光探測器，由于其能級易于調控還可以作為鈣鈦礦太陽能電池的修飾層，電子傳輸層或光捕獲層摻雜成分。因此合成新型的受體材料依然非常有必要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型的能夠用于太陽能電池作為電子給體或電子受體材料的具有較強的光吸收、較高的電荷傳輸性能以及合適的電子能級的多并稠環共軛大分子及其制備方法和應用。

為了實現上述目的，本發明一方面提供一種多并稠環共軛大分子，該共軛大分子為下式(1)所示的化合物，且該共軛大分子不為下式(GK)所示的化合物：

式(1)

式(GK)

其中，兩個基團A各自獨立地選自以下結構：

各個基團B各自獨立地表示1-10個噻吩共軛稠環結構或1-10個呋喃共軛稠環結構；

各個R₁和R₂各自獨立地選自式所示的基團；各個R₃各自獨立地選自式所示的基團；

各個Z各自獨立地選自C、N、Si和Ge；

各個X、各個X'和各個Y各自獨立地選自O、S或Se；

m為0-6的整數；n為0-6的整數；p為0-6的整數；

各個R₄-R₁₀各自獨立地選自H、鹵素、C1-C30的烷基、C1-C30的烷氧基、C1-C30的烷硫基和C6-C30的芳基。

本發明第二方面提供一種上述多并稠環共軛大分子的制備方法，該方法包括：

在堿性化合物存在下且在有機溶劑中，將下式(2)所示的化合物與式(a)所示的化合物進行脫水縮合反應，得到式(1)所示的化合物；其中，

式(2)

式(a)選自以下化合物中的一種或多種：