[發明專利]一種基于二(并二噻吩)并六元雜環的受體材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911304087.0
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111018884B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 宋金生;楊麗思;王華
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C07D495/22
• 分類號: C07D495/22;H01L51/46
• 代理公司: 蘇州知途知識產權代理事務所(普通合伙) 32299
• 代理人: 陳瑞瀧

本申請涉及一種基于二(并二噻吩)并六元雜環的受體材料及其制備方法和應用，該小分子受體材料以兩個并二噻吩稠和一個含氧族雜原子的六元環構成的非對稱五元稠環結構作為母核，通過在母核兩側引入共軛基團作為π橋，并在母核兩側設計了與π橋相連的特定結構的拉電子端基，最終形成了系列全新的、溶解性好、熱穩定好的A?D?A型小分子受體材料，該受體材料的母核具有強給電子能力，π橋有效延長了分子的共軛長度，末端拉電子基團A可以有效調節分子最低未占據分子軌道(LUMO)能級，拓寬了材料的吸收光譜，減小了材料的光學帶隙，增強了分子間電荷轉移能力，從而提高了光電流，特別適用于制備高短路電流和高能量轉換效率的太陽能電池。

技術領域

本發明涉及一種基于二(并二噻吩)并六元雜環的受體材料及其制備方法和應用，屬于有機光伏材料技術領域。

背景技術

為了減輕當前能源危機所帶來的壓力，世界各國廣泛重視清潔能源的利用，其中太陽能具有滿足全球能源需求的可行性。太陽能電池作為一種廣泛應用的技術，有希望能夠長期解決因為大規模生產和消費化石燃料所造成的能源危機和環境污染問題。有機太陽能電池具有成本低、質量輕、柔韌性好、半透明、顏色可調、可大面積印刷制備等獨特的優點，引起學術界和產業界的廣泛關注。

對于高性能的有機太陽能電池，給體材料和受體材料的分子設計對器件的光伏性能有著直接的影響。目前，電子受體材料的發展遠遠落后于給體材料，而非富勒烯類受體材料由于分子結構易于設計、吸收光譜及能級可調等優點，備受研究者的青睞，其中，基于碳橋梯形稠環單元的小分子非富勒烯受體材料的光電轉換效率紀錄不斷攀升而受到越來越多的關注，現己成為有機太陽電池研究的一個新熱點。

盡管碳橋梯形稠環單元作為給電子單元在構筑非富勒烯受體材料方面都表現出優異的性能，但其給電子能力較差，而由于材料的帶隙和吸光能力主要取決于給電子單元與吸電子單元之間的推拉效應，這就意味著碳橋梯形單元較差的給電子能力將成為限制其材料吸光能力進一步提高的瓶頸。

因此，目前需要開發出新的結構單元來彌補現有技術的不足，提高材料的性能，提升應用的價值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為解決現有非富勒烯受體材料存在的給電子能力及吸光能力較差的技術問題，本申請提供了一種基于二(并二噻吩)并六元雜環的受體材料及其制備方法和應用。

為達到此發明目的，本發明采用的技術方案是：

本發明首先提供了一種受體材料的母核二(并二噻吩)并六元雜環，具有如式5所示的結構：

其中，X為氧原子、硫原子、硒原子、碲原子中的任意一種，R為氫原子、C₁-C₃₀的烷基、C₁-C₃₀的烷氧基、烷基/烷氧基苯基中的任意一種。

本發明還提供了一種基于二(并二噻吩)并六元雜環的小分子受體材料，具有如式9所示的結構：

其中，π為π橋，A為拉電子基團；

所述π橋為如下基團中的任意一種：

所述拉電子基團A為如下基團中的任意一種：

其中，π橋結構中的R₁為C₁-C₃₀的烷基中的任意一種；拉電子基團A中的R₂為氫原子、鹵素、C₁-C₂₀的烷基/烷氧基、烯基、炔基、芳基、羰基、酯基或氰基中的任意一種。

本發明還提供一種上述二(并二噻吩)并六元雜環的制備方法，包括以下步驟：