[發明專利]一類卟啉有機小分子光伏材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710481630.9
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107344948A
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 彭小彬;賴天奇;肖練鋼;張琳;陳學彬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;H01L51/46
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳智英

技術領域

本發明涉及有機小分子光伏材料領域，特別涉及一類卟啉有機小分子光伏材料及其制備方法。

背景技術

太陽能是一種可再生的清潔能源，是一個巨大的能源寶庫，對太陽能的開發利用越來越受到人類的關注。但太陽能的能量密度低、不易直接利用，需要轉化成其它能源才能很好的利用。在太陽能的有效利用中，利用光電池將太陽能轉化為電能是近些年來發展最快、最具活力的研究領域。

可溶液處理的有機聚合物和有機小分子材料太陽能電池具有低成本、易于加工(如可旋涂、噴墨打印等)、適于制備大面積柔性器件等潛在的優勢，不僅可以簡化器件的制備過程，也可以大大降低了制備成本，從而受到了廣泛的關注。電池活性材料中的給體材料可根據分子量的大小分為共軛聚合物和有機小分子，聚合物容易成膜，但產物不容易提純，分子量分布寬，且每批次合成出來的產品由于分子量及其分布存在差異導致太陽能電池的效率常常存在較大的差異，而有機小分子卻不存在這些問題，因此有機小分子在有機太陽能電池中存在其獨特的優勢。

卟啉的結構跟葉綠素相似，具有大的π共軛體系和高的摩爾吸光系數，電子能夠快速地從給體轉移到受體，容易通過外圍基團和空腔金屬的修飾來改變其物理化學性質，卟啉及其衍生物是最早被作為光活性材料應用于有機太陽能電池的材料之一。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一類卟啉有機小分子光伏材料，有效地增大了分子的π共軛體系和分子內電荷轉移(ICT)，拓寬了材料的吸收光譜，提高了材料的載流子遷移率；同時通過改變吸電子基團的吸電子能力，有效地調節了分子的HOMO、LUMO能級。

本發明的另一目的是提供上述卟啉有機小分子光伏材料的制備方法。

本發明的再一目的是提供上述卟啉有機小分子光伏材料的應用。所述卟啉有機小分子光伏材料用于制備太陽能電池。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一類卟啉有機小分子光伏材料，具有式Ⅰ的結構：

其中：A為取代或未取代的芳香環共軛橋；B為端基染料基團；M為金屬離子或氫；Ar為氫、烷基、烷氧基、取代或未取代的芳香基團。

所述Ar為氫，烷基，烷氧基，取代或未取代的由碳氫構成的芳香環，取代或未取代的由碳氫氧構成的芳香雜環，取代或未取代的由碳氮氧氫構成的芳香雜環，取代或未取代的由碳硫氫原子構成的芳香雜環，取代或未取代的由碳硅氫原子構成的芳香雜環，取代或未取代的由碳氮硫氫構成的芳香雜環，取代或未取代的由碳硅硫氫構成的芳香雜環，取代或未取代的由碳硅硫氫構成的芳香雜環，取代或未取代的碳氫硒構成的芳香雜環中的一種以上。

所述取代的芳香基團中取代基團為烷基、氟代烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一種以上。

所述Ar優選為結構式1～12中的一種：

其中，R₁和R₂相同或不同，為含碳數為0-20的烷基或烷氧基，碳數為0時，R₁和R₂為氫、OH。

所述A為取代或未取代的，碳氫構成的芳香環、碳氮氫構成的芳香雜環、碳氮氧氫構成的芳香雜環、碳氫氧構成的芳香雜環、碳硫氫構成的芳香雜環、碳氮氧硫氫構成的芳香雜環、碳硅氫構成的芳香雜環、碳氮硫氫構成的芳香雜環、碳氫硒構成的芳香雜環和碳硅硫氫構成的芳香雜環中的一種以上基團構成的共軛僑，構造共軛僑的基本單元數為0、1、2、3或4。

所述取代的芳香環共軛僑中取代基團為烷基、氟代烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一種以上。

所述A優選為結構式13～26中的一種：

其中，同一結構中R相同或不同，R為含碳數為0-20的烷基或烷氧基，碳數為0時，R為氫、OH。

所述M為金屬離子時，金屬離子為鋅離子、銅離子、鎂離子或鎳離子。結構式Ⅰ中虛線表示M與2個N連接。

所述B優選為結構式27～44中的一種：

其中，R₁和R₂相同或不同，為含碳數為0-20的烷基或烷氧基，碳數為0時，R₁和R₂為氫、OH。

所述卟啉有機小分子光伏材料的制備方法，包括以下步驟：