[發明專利]基于多硫富瓦烯取代的螺[芴-9,9’-氧雜蒽]衍生物及其制備和應用

有效

• 申請號: 201711481005.0
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108299407B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 郭鹍鵬;王忠強;李潔;吳敏;張如芹;梁效中;吳月珍;張芳
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C07D409/14
• 分類號: C07D409/14;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

本發明公開了一種下述結構通式表示的基于多硫富瓦烯取代的螺[芴?9,9’?氧雜蒽]衍生物，將其用作空穴傳輸材料，空穴遷移率可達到1.51×10^?4cm² V^?1 s^?1，用于非摻雜型鈣鈦礦太陽能電池中，可獲得大于10%的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于有機半導體新材料技術領域，涉及一種多硫富瓦烯衍生物，特別是涉及一種以二硫富瓦烯衍生物作為外圍取代基的螺[芴-9,9'-氧雜蒽]衍生物。

技術背景

有機半導體材料的原料來源豐富，而且質量輕、易加工、可溶液法大面積成膜，在有機電致發光二極管、太陽能電池、有機薄膜場效應晶體管等方面有著廣泛的應用。特別是近年來發展迅速的有機-無機鹵化物鈣鈦礦太陽能電池，利用鹵化物鈣鈦礦作為太陽光捕獲層，選取有機空穴傳輸材料制備傳輸層，已經獲得了超過22%的光電轉換效率。其中，空穴傳輸材料在促進空穴傳輸、提取及載流子復合等方面起著重要作用，在一定程度上對器件性能起著決定性作用。

在鈣鈦礦電池的應用中，以螺二芴為核、二苯胺衍生物為外圍取代基的衍生物2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)是被使用最早、最常用的一種空穴傳輸材料。由于其空穴遷移率的數量級在10^-5左右，因此在器件制備中，往往需要加入鋰鹽和鈷配合物等添加劑來改善其遷移率，從而獲得較高的器件性能。然而，添加劑的使用不僅使器件的制備復雜化，而且對器件穩定性和壽命也有不利影響。因此，發展低成本、高遷移率的空穴傳輸材料，對未來器件的商業化應用尤為重要。

常用的空穴傳輸材料設計策略是以螺芴衍生物為核，在外圍引入給電子取代基。目前報道的大部分外圍給電子取代基以含氮衍生物為主，如二苯胺衍生物、咔唑衍生物等。這些化合物的溶解性較低，仍需要使用添加劑才可能獲得較高的空穴遷移率。因此，有必要開發非氮類給電子基團取代螺芴核衍生物，以獲得遷移率提高的空穴傳輸材料。

含硫富瓦烯作為一種經典的電子給體，在構建有機光電材料方面具有重要的意義。例如，利用含硫富瓦烯制備具有電荷轉移的大分子、超分子、磁性分子以及非線性和光伏材料等。因此，從發展不同分子結構的角度出發，增加含硫富瓦烯衍生物的維度具有重要意義。

目前常用的擴展含硫富瓦烯衍生物方法包括：1）利用硫族其他元素(如硒等)取代硫原子制備其衍生物；2）以四硫富瓦烯為核結構，通過更改外圍取代基獲得不同結構和性能的衍生物；3）在二硫富瓦烯之間插入不同芳香環或烯烴等核結構，發展具有共軛延長的富瓦烯衍生物。其中，在二硫富瓦烯之間插入不同的核結構，可以在很大程度上改變分子的構型，進而影響分子的光電物理性質。

近年來，以含螺環結構的分子構建有機半導體在有機光電子領域的應用引起了很大的研究興趣。因此，以二硫富瓦烯作為外圍取代基、具有螺環結構的分子為核，制備新型含螺環結構的多硫富瓦烯衍生物，對提高含硫富瓦烯材料的維度和開發材料的新用途，既有科學意義又有應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種新的基于多硫富瓦烯取代的螺[芴-9,9'-氧雜蒽]衍生物。

提供上述衍生物的制備方法和應用，是本發明的另一發明目的。

本發明所提供的基于多硫富瓦烯取代的螺[芴-9,9'-氧雜蒽]衍生物是一種以螺[芴-9,9'-氧雜蒽]為核，二硫富瓦烯衍生物作為外圍取代基的衍生物，其分子結構如下述結構通式（I）所示。