[發明專利]基于茚并噻吩為核心的n-型有機小分子半導體及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201810619710.0
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108822076A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 閆偉博;陳建華;辛顥;郭世贛;唐成誠;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C07D333/78
• 分類號: C07D333/78;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本發明公開了一種基于茚并噻吩為核心的n?型有機小分子半導體及其制備方法與應用，具體為基于茚并噻吩為核心，噻吩為橋連，1，3?茚滿二酮或丙二腈或5，6?二氟?3?(二氰基亞甲基)靛酮為端基的n?型有機小分子半導體材料及其制備方法，以及該類分子作為受體材料在有機非富勒烯太陽能電池中的應用。本發明公開的以茚并噻吩為核心的n?型有機小分子半導體具有可溶液加工、吸收光譜寬、吸光系數高、熱穩定性優異、能級適當等優點，是理想的有機太陽能電池非富勒烯受體材料。

技術領域

本發明屬于技術領域，具體涉及一種基于茚并噻吩為核心的n-型有機小分子半導體及其制備方法與應用。

背景技術

太陽能是取之不盡用之不竭的清潔、綠色能源，近年來隨著世界各國對能源問題的重視，太陽能電池成為該領域的研究熱點。與傳統無機半導體太陽能電池相比，有機太陽能電池具有成本低、用料少、重量輕、制作工藝簡單、可制備成柔性器件等突出優點，具有廣闊的發展和應用前景。

典型的有機太陽能電池采用本體異質結結構，其活性層由作為施主材料的p型半導體聚合物和作為受主材料的n型半導體組成^[1-3]。富勒烯及其衍生物類受體材料在有機太陽能電池領域長期處于主導地位^[4-6]，然而這類材料存在原材料成本較高、光照下不穩定、高溫下易結晶、可見光區吸收弱且難以拓寬、最低未占據分子軌道(LUMO)能級較低導致電池開路電壓低等缺點^[7]，這些缺點限制了其進一步發展。最近幾年，非富勒烯受體材料漸漸成為有機太陽能電池領域的研究熱點,基于非富勒烯受體的有機太陽能電池已經實現了超過12％的光電轉化效率^[8-10]。根據分子結構的不同，非富勒烯受體材料主要可以分為聚合物和小分子兩類。聚合物類受體材料由于其結構特點和合成工藝決定了不同批次制備的材料存在分子量分布不均、后期分離提純困難、重復性差等缺點，制約了其應用。與聚合物相比，小分子材料具有明確的分子結構，制備和提純工藝簡單，因此基于有機小分子受體的太陽能電池最近成為該領域的研究熱點之一。

茚并噻吩具有較強的共軛體系，優異的電荷傳輸性，廉價易得，茚并噻吩被廣泛應用于小分子光伏材料的構筑單元。為了開發這種材料的最大潛力，研究者采用了很多方法對其進行修飾，例如：Wang等開發了以茚并噻吩為構筑單元的p型聚合物的給體材料，制備的有機電池效率超過9.0％，開路電壓(V oc)高達1.0V。表明茚并噻吩是構筑有機半導體材料的有效的電子給體單元^[11-12]。Zheng等以茚并噻吩為核心，開發了n 型小分子受體ITDI，器件效率高達8％，開壓達到0.94V^[13]。本發明茚并噻吩為核心，1， 3-茚滿二酮、丙二腈及5，6-二氟-3-(二氰基亞甲基)靛酮作為封端基團，并以噻吩為橋連，設計合成了一類以茚并噻吩為核心的n-型有機小分子半導體材料，用以制作高效率的有機太陽能電池器件。目前器件效率最高可達6.03％。

參考文獻

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