[發明專利]一種端基含環烷基鏈的有機共軛小分子材料及其制備方法與在太陽能電池中的應用

有效

• 申請號: 201810493774.0
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108546267B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 黃飛;李仁龍;應磊;曹鏞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C07D495/04
• 分類號: C07D495/04;C07D495/22;H01L51/46;H01L51/42
• 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;馮振寧

本發明公開了一種端基含環烷基鏈的有機共軛小分子材料及其制備方法與在太陽能電池中的應用，屬于有機太陽能電池技術領域。該有機共軛小分子材料端基含有剛性較強的環烷基鏈，有利于分子間的自組裝和堆積，進而改善該類小分子材料的光伏性能，其熱穩定性好以及具有良好的吸光性和合適的能級，而且可溶于氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃和氯苯等有機溶劑中，適合做有機太陽能電池材料。本發明的有機共軛小分子材料作為光捕獲的活性層受體材料應用于有機太陽能電池中具有較高的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池技術領域，具體涉及一種端基含環烷基鏈的有機共軛小分子材料及其制備方法與在太陽能電池中的應用。

背景技術

聚合物太陽能電池(PCSs)由于具有輕質、成本低、半透明、可溶液加工、可通過卷對卷(roll to roll)大面積制備柔性器件等優點，受到全球廣泛關注, 是新能源領域研究的熱點之一。富勒烯及其衍生物因具有多維電荷傳輸特性，以及易與給體材料形成獨特的相分離結構等特點，在有機太陽能電池器件中發揮了至關重要的作用。但由于富勒烯材料吸光波長較窄、能級不易調控、溶解性差、成本高等，嚴重限制了富勒烯作為有機太陽能電池電子受體材料器件性能的提升和規?；褂?。非富勒烯類受體材料具有能級可調、合成簡便、加工成本低、溶解性能優異、光譜吸收廣泛等優點，因而受到越來越多的重視。尤其對于有機小分子受體材料,具有確定的分子結構及分子量,高純度及沒有批次差異等優點而受到越來越深入的研究，器件的效率也有了巨大的提高。近幾年來，以有機共軛聚合物為電子給體，非富勒烯小分子材料為電子受體的本體異質結(bulk heterojunction,BHJ)太陽能電池得到快速的發展，經過實驗室研究人員的共同努力，單層BHJ和疊層BHJ太陽能電池均取得了超過14％的能量轉化效率(Adv. Mater.2018,1707508.DOI:10.1002/adma.201707508；Adv.Mater.2018,1800868. DOI:10.1002/adma.201800868；J.Am.Chem.Soc.2018， DOI:10.1021/jacs.8b02695)，顯示著巨大的應用前景。

發展高性能的非富勒烯受體材料不僅非常有必要,而且也是很可行的。通過化學方法能夠有效地改善有機化合物的能級和吸收，更好的與給體材料的吸收及能級相匹配，進而不斷地刷新有機太陽能電池的效率，因此，有必要合成更多類型的共軛小分子受體材料，以便進一步提高器件效率。環烷基鏈具有很強的剛性，將其引入有機聚合物給體材料中可以有效地提高分子的自組裝和分子堆積，增強薄膜對光子的吸收以及改善器件的形貌，有利于提高器件的短路電流及填充因子 (Nano Energy,2017,36,110；J.Mater.Chem.A,2016,4,18174.)，進而提高器件效率。至今，未見任何文獻或專利報道端基含有環烷基鏈的共軛小分子受體材料在有機太陽能電池中的應用，因此，將環烷基鏈引入到共軛有機小分子受體材料中來是非常有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種端基含環烷基鏈的有機共軛小分子材料。這類有機共軛小分子材料的端基具有剛性較強的構象，有利于分子間的自組裝和堆積，進而改善該類小分子材料的光伏性能。

本發明的目的在于提供了一種以上所述的有機共軛小分子材料的合成方法。

本發明的目的還在于提供了基于以上所述有機共軛小分子材料作為電子受體材料在有機太陽能電池中的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現。

一種端基含有環烷基鏈的有機共軛小分子材料，具有如下結構式：

其中，Core為稠環共軛單元；π為橋聯單元；m為0～15；n為0～6；R₁～ R₆獨立地為氫，或者是鹵素原子、硝基、氰基、酯基、羥基、氨基、芳基等，或者為1-12個碳原子的烷基或烷氧基。

進一步地，所述中心單元Core為如下化學結構式中的一種：