[發明專利]一種喹喔啉衍生物受體材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910586691.0
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110283185B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 朱曉張;劉文睿;許勝杰;周子春
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C07D495/22
• 分類號: C07D495/22;C09K11/06;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;黃海麗

式I所示的喹喔啉衍生物及其在制備有機太陽能電池中的用途。式I所示的喹喔啉衍生物在薄膜中表現出低的光學帶隙(1.35eV)。通過與中寬帶隙聚合物給體PBDB?TF聚合物給體匹配，制備的器件具有較高的PCE，并且所述器件的E_loss也明顯降低。式I所示的喹喔啉衍生物可溶于多種有機溶劑中，因此易于制備各種有機光伏材料。使用喹喔啉衍生物制備的有機太陽能電池具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于有機光伏材料制備技術領域，具體涉及一種喹喔啉衍生物受體材料及其制備方法與應用。

背景技術

有機光伏材料(OPVs)因其低成本、可以大面積制造或用于制備柔性和半透明器件而備受關注。然而，與無機和鈣鈦礦太陽能電池相比，OPVs表現出低的光-電轉換效率，這主要是因為有機材料本身低的介電常數會導致相對大的能量損失(E_loss＝E_g-eV_oc，其中E_g是光活性層的光學帶隙，而V_oc是光伏器件的開路電壓)。對于應用富勒烯衍生物作為電子受體的傳統體異質結OPVs，E_losss通常高于0.6eV，這使得光電轉換效率(PCEs)低于12％。隨著稠環電子受體，特別是含有一個受體(A)-給體(D)-受體(A)排列的稠環電子受體的發展，非富勒烯OPVs的PCEs迅速超過12％，甚至可以在非常短的時間內達到16％，其中僅有少數材料的E_losss低于0.6eV。

盡管這對無機或鈣鈦礦太陽能電池來說是正常的，但E_losss低于0.5eV的高性能OPVs迄今為止較為罕見，這意味著E_loss仍然是限制OPV技術光伏效率的關鍵因素。盡管如此，在過去幾年中，人們努力將E_loss降低至低于0.5Ev，從而提高OPVs的效率。相關文獻報道了基于富電子的苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩和缺電子的1,3,4-噻二唑部分的大帶隙聚合物給體PBDTS-TDZ。與具有代表性的非富勒烯受體ITIC相結合，PBDTS-TDZ基的設備具有最高可達12.8％的PCE和低的E_loss(0.48eV)。相關文獻還報道了由于引入一個高的富電子核心DTPC，電子受體DTPC-DFIC在薄膜中于1021nm表現出吸收，這對應于1.21eV的光學帶隙。使用窄帶隙PTB7-Th聚合物作為電子給體，基于DTPC-DFIC的器件的PCE_max為10.21％，具有極低的E_loss(0.45eV)。

在我們之前的工作中，我們通過引入弱電子受體苯并[1,2-d:4,5-d’]雙噻唑，開發了一種大帶隙聚合物給體BBTA。通過匹配低帶隙電子受體ZITI-Br，實現了11.08％的PCE_max，并且E_loss僅有0.50eV。最近，有文獻公開了一種有效的電子受體Y6，其顯示在931nm處開始吸收，具有1.33eV的光學帶隙。基于Y6的器件顯示出非常高的PCE_max(15.7％)和低E_loss(0.50eV)。

為了得到高PCE和低E_loss的OPVs，上述電子受體材料結構仍有待進一步改善。

發明內容

為改善上述技術問題，本發明首先提供如下式I所示的喹喔啉衍生物，

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆相同或不同，彼此獨立地選自H、無取代或任選被一個、兩個或更多個Rs取代的如下基團：烷基、環烷基、雜環基；

X₁、X₂、X₃、X₄相同或不同，彼此獨立地選自鹵素或鹵代烷基；