[發(fā)明專利]基于咔唑的稠環(huán)A-D-A型共軛分子及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810063727.2
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108299408A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彌育華;周繼華;張杰;劉紅利;郭旺軍;宋新潮;伍致生;劉亞東;王戶生
• 申請（專利權(quán)）人: 西安近代化學(xué)研究所
• 主分類號: C07D409/14
• 分類號: C07D409/14;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 梁勇

本發(fā)明屬于有機(jī)光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類基于咔唑稠環(huán)A?D?A型共軛分子及其制備方法。本發(fā)明以咔唑為骨架單元，以噻吩為橋聯(lián)單元，末端連接缺電子單元INCN的A?D?A型共軛分子，其結(jié)構(gòu)通式如I所示。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，合成步驟少，產(chǎn)物易分離純化，所涉及的基于咔唑稠環(huán)A?D?A型共軛分子具有良好的溶解性和穩(wěn)定性，具有寬的光譜吸收范圍和合適的能級結(jié)構(gòu)，有望用于有機(jī)太陽能電池的受體材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類基于咔唑的稠環(huán)A-D-A型共軛分子及其制備方法，該類分子作為光活性層中作為電子受體材料應(yīng)用于有機(jī)光伏電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

有機(jī)太陽能電池具有質(zhì)輕、可彎曲、可溶液加工和大面積制備等諸多優(yōu)點，受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。目前，基于富勒烯受體材料共混的本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已突破10％，預(yù)示著有機(jī)太陽能電池巨大的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)富勒烯類受體材料具有良好的得電子能力和光電傳輸性能，但存在吸收范圍窄，分子結(jié)構(gòu)單一，能級不易調(diào)節(jié)等缺陷，在一定程度上阻礙了有機(jī)太陽能電池效率的進(jìn)一步提高。而非富勒烯類受體材料的結(jié)構(gòu)多樣，易于修飾，吸收范圍可調(diào)節(jié)等優(yōu)點[Adv.Mater.2010,22,1331-1345.]，有望替代富勒烯類材料而成為近期的研究熱點。自2015年，占肖衛(wèi)研究組將1，1-dicyanomethylene-3-indanone(INCN)作為端基拉電子單元，合成新型小分子受體材料(DC-IDT2T)[J.Mater.Chem.A,2015,3,1910-1914]以來，這類具有A-D-A型的受體材料成為有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域的熱點，一系列性能優(yōu)異的材料被報道出來[Adv.EnergyMater.2016,6,1600854.Energy Environ.Sci.,2015,8,3215—3221.EnergyEnviron.Sci.,DOI:10.1039/c6ee00315j.J.Am.Chem.Soc.2016,138,4955-4961.]。通過調(diào)控骨架分子的結(jié)構(gòu)，可有效地調(diào)節(jié)該類材料的吸收光譜和LUMO能級。但目前文獻(xiàn)報道的小分子受體材料的吸收光譜往往在600-800nm，這與大部分的給體聚合物的吸收光譜范圍重合，難以實現(xiàn)對太陽光譜的全吸收。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供一類吸收強(qiáng)、電荷傳輸性能良好及電子能級合適的基于咔唑為核的A-D-A型共軛分子，其作為電子受體材料應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池中。

咔唑在400-600nm可見光區(qū)具有強(qiáng)的吸收，可有效彌補(bǔ)給體聚合物在可見光區(qū)吸收的不足，且咔唑具有強(qiáng)大的載流子傳輸能力，在有機(jī)太陽能電池中有廣泛的應(yīng)用。基于此，在咔唑骨架結(jié)構(gòu)上引入強(qiáng)吸電單元，作為受體材料，有望實現(xiàn)有機(jī)光伏電池器件對太陽光譜的全吸收，提高太陽能利用率，最終達(dá)到提高器件光伏性能的目的?；谶沁驗楣羌軉卧男》肿庸夥牧?，具有強(qiáng)的分子間π-π作用，可獲得較高的載流子遷移率，基于以上思考，本發(fā)明以咔唑為骨架單元，五元芳雜環(huán)噻吩作為橋聯(lián)基團(tuán)，末端連接強(qiáng)拉電子基團(tuán)INCN的A-D-A型共軛分子，該類型分子可受體材料應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域。

本發(fā)明提供的基于咔唑為核的A-D-A型共軛分子具有以下通式結(jié)構(gòu)：

其中，R₁為H原子或碳原子數(shù)為4～20的直鏈或支鏈的烷基或烷氧基；R₂為間位或?qū)ξ惶荚訑?shù)為4～20的直鏈或支鏈的烷(氧)基苯基，或者為碳原子數(shù)為4～20的直鏈或支鏈的烷基。

基于咔唑為骨架單元的A-D-A型共軛分子的制備方法為：

將帶有R₂取代基的咔唑雙硼酸酯與帶有R₁取代基的2-溴-5-醛基噻吩(摩爾比1:2～10)在鈀催化劑(醋酸鈀、四(三苯基膦)鈀、二(三苯基膦)二氯化鈀的一種或多種)(咔唑雙硼酸酯與鈀催化劑摩爾比為1:0.005～1)的作用下于甲苯和水混合溶液中(5:1，v/v)進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，得到相應(yīng)的咔唑噻吩雙醛化合物。