[發(fā)明專利]一種多臂結(jié)構(gòu)有機光伏材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110194778B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴文勇;左超;汪洋;李祥春;黃維
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;C07D495/14;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本發(fā)明公開一種多臂結(jié)構(gòu)有機光伏材料及其制備方法與應(yīng)用。該有機光伏材料具有多臂結(jié)構(gòu)特征，以苯并三噻吩為核，一種或多種給體單元作為骨架橋連單元，然后通過在末端引入強吸電子基團而構(gòu)成。該合成方法原料來源廣泛、易于純化，有望成為商業(yè)化的有機光伏材料。該有機光伏材料表現(xiàn)出較強的吸光度、良好的熱穩(wěn)定性和較高的電子、空穴遷移率；基于該材料制備的有機光伏器件具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，在光伏領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多臂結(jié)構(gòu)有機光伏材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

有機太陽能電池(OSC)可以通過綠色低成本印刷技術(shù)制備大面積柔性薄膜電池器件，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谶^去的幾十年中，有機太陽能電池中電子給體材料和富勒烯基電子受體材料取得了重大進展。然而，基于富勒烯的電子受體材料具有一些缺點，例如可見光譜區(qū)域中的吸收弱、能級變化有限、合成成本高以及共混膜中形態(tài)穩(wěn)定性差等等。近年來，非富勒烯電子受體材料由于其可實現(xiàn)寬光譜吸收、能級結(jié)構(gòu)易于調(diào)控、化學(xué)和光穩(wěn)定性優(yōu)異、以及具有與電子給體材料更好的相容性等，吸引了人們的廣泛關(guān)注。

迄今為止，已開發(fā)的性能最好的非富勒烯電子受體材料通常基于電子受體-電子給體-電子受體(A-D-A)骨架，含有富電子核和兩個吸電子端基，其光電轉(zhuǎn)化效率已超過15％。但是此類材料也存在一些不足，例如吸光度較弱、熱穩(wěn)定性差等。為了克服上述不足，我們設(shè)計合成了一類星型多臂結(jié)構(gòu)電子受體材料體系。星型多臂結(jié)構(gòu)能夠有效地收集入射光，從而有利于改善有機太陽能電池器件光電流。此外，多臂結(jié)構(gòu)分子能夠更好地平衡固態(tài)分子聚集的大小和激子擴散長度尺度，不僅可以通過適度的分子間相互作用實現(xiàn)良好的電子轉(zhuǎn)移，還可以有效的提高活性層薄膜的穩(wěn)定性。此外，引入富電子的核結(jié)構(gòu)單元將有助于促進給電子核單元與吸電子端基的電荷轉(zhuǎn)移相互作用，從而獲得更寬的光學(xué)帶隙和更高的最低未占分子軌道(LUMO)；從而有可能獲得與聚合物電子給體材料吸收光譜互補的高效電子受體材料，并有效地增加開路電壓(V_oc)，使其在有機光伏領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種多臂結(jié)構(gòu)有機光伏材料及其制備方法，以解決目前非富勒烯電子受體開路電壓低、穩(wěn)定性差、光吸收效果差、材料制備復(fù)雜等問題，克服非富勒烯電子受體材料性能難以有效調(diào)控等難題。

技術(shù)方案：為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種多臂結(jié)構(gòu)有機光伏材料，該材料以苯并三噻吩為核,一種或多種給體單元作為骨架橋連單元，然后通過在末端引入強吸電子基團而構(gòu)成，具有如下式I所示的通式結(jié)構(gòu)：

其中，n₁、n₂、n₃為橋連單元的數(shù)量，且為0～10的自然數(shù)，優(yōu)選n＝1,2；A為強吸電子基團；D₁、D₂、D₃為共軛體系橋連單元。

A選自以下基團A1-A16中的一種：

其中*為連接位置，C是碳原子，H是氫原子，O是氧原子，N是氮原子，S是硫原子，F(xiàn)是氟原子，Cl是氯原子。

所述的D₁、D₂、D₃為共軛結(jié)構(gòu)體系橋連單元，各自選自下式結(jié)構(gòu)中的一種：

其中R為氫原子、C₁～C₃₀的烷基鏈、C₁～C₃₀烷氧基鏈、C₅～C₃₀環(huán)烷基、C₂～C₃₀雜烷基鏈中的一種；S是硫原子，N是氮原子，*是連接位置。