[發明專利]新型n型醌式結構小分子及其在有機光電器件中的應用

有效

• 申請號: 201710843933.0
• 申請日: 2017-09-16
• 公開（公告）號: CN107793423B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 黃飛;唐浩然;應磊;曹鏞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C07D491/22
• 分類號: C07D491/22;C07D495/22;H01L51/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明涉及新型n型醌式結構小分子及其在有機光電器件中的應用。所述的醌式小分子由三個部分組成，萘二酰亞胺和可形成醌式結構的均苯四胺基團以及末端苯并雜環。所述共軛小分子具有較高的吸收系數和電子遷移率，可作為高效的電子受體用于高效有機光伏器件中。本發明設計了醌式小分子，能夠極大地提高聚合物的吸收系數，極大地提高電池器件的光電流以及電池器件效率；所述的新型醌式小分子作為電子受體能夠達到短路電流，開路電壓和填充因子的平衡，制備能量轉化效率超過10%的有機光伏器件，遠超過基于現有的萘二酰亞胺電池性能。

技術領域

本發明涉及有機光電材料領域，具體涉及新型n型醌式結構小分子及其在有機光電器件中的應用。

背景技術

隨著全球對于能源需求的逐年增加，石油、煤炭等傳統能源的日益枯竭，以及對保護地球生態環境的需要，全世界越來越多的科學家將研究集中在氫氣、太陽能等取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。

已經成熟的無機硅、砷化鎵、磷化銦等基于無機材料的光伏器件已經在市場上占有主導地位，然而由于其對于材料純度的要求高，加工過程中會產生高能耗及污染等問題，且其價格非常昂貴，因此在追求低成本和綠色環保的今天，其大規模應用受到了限制。

有機光伏器件作為一種新型薄膜光伏電池技術，具有全固態、光伏材料性質可調范圍寬、可實現半透明、柔性電池、具有大面積低成本制備潛力等突出優點。有機材料的光伏性能可調范圍寬，可利用化學手段對材料的能級、載流子遷移率以及吸收等性能進行有效的調控。有機/聚合物光伏器件可采用打印、印刷等方法進行加工，可借鑒傳統塑料的加工工藝，通過卷對卷滾動加工流程制造大面積、柔性的薄膜光伏器件，該生產工藝能夠有效降低光伏電池的制造成本。有機光伏器件幾乎不受環境和場地限制，在許多場合可將光能轉換為電能，同時與無機半導體光伏器件有非常強的互補性，無疑具有巨大的商業開發價值和市場競爭力。因此有機光伏器件的研究引起了廣泛關注，以有機光伏器件為核心的科學研究已經成為一個世界范圍內競爭激烈的材料科學前沿研究領域。

有機光伏器件的受體研究進展緩慢，早期的研究以富勒烯為主。最近兩年來，非富勒烯進展較快，然后以共軛聚合物為受體的報道相對較少，效率也不高。其主要原因是現有的受體的吸收系數不高，吸收光譜不夠寬所導致的。通過設計醌式結構，可以有效地改善這些問題，并提高以有機共軛小分子為受體的有機光伏器件的性能。

發明內容

本發明的目的在于設計并合成一類結構基于雜環化合物與萘酰亞胺的n型醌式小分子作為電子受體材料用于有機光伏器件。所述的醌式小分子由三個部分組成，萘二酰亞胺和可形成醌式結構的均苯四胺基團以及末端苯并雜環。所述共軛小分子具有較高的吸收系數和電子遷移率，可作為高效的電子受體用于高效有機光伏器件中。

本發明技術方案如下。

新型n型醌式結構小分子，具有以下結構通式：：

其中，A、B為共軛單元結構，其共軛單元可為噻吩、呋喃、苯，萘、芴、咔唑、硅芴、聯噻吩、聯呋喃、苯并二噻吩、苯并二硒吩、苯并二呋喃、吩噻嗪、吩噁嗪、聯噻吩、噻吩并環戊二烯、噻吩并吡咯、噻吩并噻咯、吲哚芴、吲哚咔唑、吡咯、苯并噻二唑、苯并硒二唑、苯并惡二唑、苯并三氮唑及以上所有結構的衍生物的一種以上；R₁、R₂、R₃、R₄為烷基鏈；X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇，X₈為氧、硫、氮中的一個。

進一步地，A為共軛單元結構，具有如下結構的一種或一種以上：

進一步地，其中B為共軛單元結構，具有如下結構的一種或一種以上：