[發明專利]一種不對稱氰亞甲基靛酮受體材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711492021.X
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108069982B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 肖生強;胡言琦;楊明焱;詹春;尤為
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C07D495/14
• 分類號: C07D495/14;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;徐曉琴

本發明屬于有機太陽能電池領域，具體涉及一種不對稱氰亞甲基靛酮受體材料及其制備方法和應用。本發明通過引入不對稱給體單元得到具有不對稱結構的“受?給?受”(“A?D?A”)型氰亞甲基靛酮電子受體材料。本發明所述不對稱氰亞甲基靛酮受體材料通過適當降低給體單元的共軛長度，使得給體單元的給電子性減弱，從而適當降低了其最高占有能級(HOMO)，獲得了合適的能級結構，將所述不對稱氰亞甲基靛酮受體材料與三種常用的聚合物給體材料PTB7?Th、PBDB?T、FTAZ共混，實現很好的能級匹配，從而獲得高效的激子解離和電荷轉移，并保證了較好的太陽能電池器件性能，從而擴大了非富勒烯受體的使用范圍。

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池領域，具體涉及一種不對稱氰亞甲基靛酮受體材料及其制備方法和應用。

背景技術

有機太陽能電池(OSCs)是一種新型的太陽能電池，具有柔性、質輕、低成本、可大面積加工等優點。1986年Tang首次制備出雙層異質結有機太陽能電池，光電轉換效率達到1％。1995年Heeger將體異質結(BHJ)結構引入到有機太陽能電池中，性能相較于雙層異質結有了極大提升。BHJ結構是通過電子給體和電子受體共混獲得的，其中電子受體在過去二十年主要使用的是富勒烯衍生物(PC₆₁BM、PC₇₁BM)，因為其具有電子遷移率高、電荷傳輸各向同性、與給體材料有合適的相分離等優點。目前富勒烯有機太陽能電池的光電轉換效率已經超過了11％。但是富勒烯衍生物由于合成成本高、在可見光范圍吸收弱且能級難以調控等缺點限制了其進一步發展，所以新型的給體材料——非富勒烯受體被開發出來，非富勒烯受體相較于富勒烯衍生物具有可見光范圍吸收強、能級易于調控且易于合成和純化等優點，逐步取代富勒烯衍生物成為有機太陽能電池中主要的受體材料。尤其是具有“受體-給體-受體”(“A-D-A”)結構的非富勒烯受體獲得了較高的性能，其給體單元一般為具有給電子性的對稱稠環結構，受體單元一般具有吸電子性，如氰亞甲基靛酮。這種“A-D-A”結構有利于分子內的電荷轉移，擴大了材料的吸收范圍，并且在中心核上連接四個剛性側鏈以抑制分子間大區域的聚集。這類“A-D-A”結構的非富勒烯受體由于具有優異的光電可調性，最高的光電轉換效率達到了13％。

BHJ結構的有機太陽能電池為了實現給體和受體間高效的電荷轉移，需要滿足給體和受體間能級匹配，即給體和受體間的最高占有能級(HOMO)和最低未占有能級(LUMO)之差一般要大于0.3eV。富勒烯衍生物由于能級難以調控導致其應用范圍十分有限，非富勒烯受體尤其是“A-D-A”型非富勒烯受體由于能級易于調控為我們提供了更多的選擇性。通過適當調控非富勒烯受體材料的能級結構，使其能夠同時與幾種常用的聚合物給體材料能級匹配，可以擴大非富勒烯受體的使用范圍。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，目的在于提供一種不對稱氰亞甲基靛酮受體材料及其制備方法和應用。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種不對稱氰亞甲基靛酮電子受體，化學結構式如下所示：

其中X為給體單元上的側鏈，選自如下基團中的一種：

A為具有吸電子性質的受體單元，選自如下基團中的一種：

上述方案中，當X為A為時，所述不對稱氰亞基靛酮電子受體為ITDIC-Th，其化學結構式為：

上述不對稱氰亞甲基靛酮電子受體為ITDIC-Th的制備方法，包括如下步驟：

(1)化合物1的合成：將2,5-二溴苯甲酸二乙酯、駢噻吩錫烷以及四三苯基膦鈀混合，N₂保護下加入無水甲苯，加熱回流過夜，待反應液冷卻后直接旋除甲苯，然后加入石油醚洗滌并抽濾，濾液使用石油醚/乙酸乙酯柱層析得到黃色固體，即為化合物1；