[發明專利]含有并噻吩的小分子給體材料及其制備方法、太陽能電池

有效

• 申請號: 202010894436.5
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN114106017B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 葛子義;高靜;葛金峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;H10K30/20;H10K30/50;H10K85/60
• 代理公司: 杭州華進聯浙知識產權代理有限公司 33250
• 代理人: 儲照良

本發明涉及一種含有并噻吩的小分子給體材料及其制備方法和太陽能電池。所述含有并噻吩的小分子給體材料，所述給體材料的結構式如式(1)所示：其中，R包括氰基酸酯類化合物的單體、羅丹寧類化合物的單體或茚酮類化合物的單體中的一種。上述給體材料，以并噻吩連單噻吩作為π橋，以雙氟取代的苯并二噻吩作為核，利于給體材料的共軛平面堆積，從而提高其光電轉化效率，再通過選擇合適的端基(R)，有利于激子的解離和電荷的運輸，進一步提高光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及有機光電材料技術領域，特別是涉及含有并噻吩的小分子給體材料及其制備方法和太陽能電池。

背景技術

小分子給體光電材料由于其合成步驟簡單、容易純化、結構確定等優勢成為了有機太陽能電池中發展迅猛的部分，但是現有的小分子給體光電材料的光伏性能仍處于較低水平。如傳統的基于含氟氧化吲哚的給體材料，其以單噻吩作為π橋，對于共軛平面堆積效果的提升有限，且其以苯并二噻吩為核結構，分子扭轉角較大，同樣不利于共軛平面堆積的提升，導致其光電轉化效率仍處于較低水平；同時，其以含氟氧化吲哚基團作為端基，對于提高給體材料的光電轉化效率的效果并不顯著。同樣的，傳統的苯并二噻吩類有機光電化合物，以單噻吩作為π橋，對于共軛平面堆積效果的提升有限，且其以苯并二噻吩為核結構，分子扭轉角較大，同樣不利于共軛平面堆積的提升，導致其光電轉化效率仍處于較低水平。

發明內容

基于此，有必要針對上述問題，提供一種含有并噻吩的小分子給體材料及其制備方法和太陽能電池。

一種含有并噻吩的小分子給體材料，所述給體材料的結構式如式(1)所示：

其中，R包括氰基酸酯類化合物的單體、羅丹寧類化合物的單體或茚酮類化合物的單體中的一種。

上述給體材料，以并噻吩連單噻吩作為π橋，相對于以單噻吩作為π橋，并噻吩的引入能增強給體材料分子的共軛平面堆積，進而提高給體材料的光電轉化效率。同時，給體材料以雙氟取代的苯并二噻吩作為核，氟原子的引入能促使給體材料分子間更緊密的π-π堆積，且苯并二噻吩連接的上下噻吩側基的雙氟化，有利于形成F-H的非價鍵力作用，減小分子扭轉角，同樣有利于增強給體材料的共軛平面堆積。從而，通過以雙氟取代的苯并二噻吩作為核的協同作用，使給體材料具有更為緊密的共軛平面堆積，進而有效的提高了其光電轉化效率。

另外，通過選擇端基R為氰基酸酯類化合物的單體、羅丹寧類化合物的單體或茚酮類化合物的單體中的一種，能對給體材料的結晶特性和聚集特性進行有效調節。當將此給體材料作為光活性層中的給體時，其能夠與受體形成合適的互穿網絡結構，從而有利于激子的解離和電荷的運輸，產生高效的光伏性能，進一步提高給體材料的光電轉化效率。

作為其中一個實施例，所述R包括式(2)-式(14)中的一種：

一種含有并噻吩的小分子給體材料的制備方法，包括：

將π橋單體、三甲基錫取代的給體單元和有機溶劑混合，在惰性氣體保護下加入第一催化劑，進行第一加熱反應，得到雙醛基端基化合物，其中，所述π橋單體的結構式如式(15)所示，所述三甲基錫取代的給體單元的結構式如式(16)所示：

將所述雙醛基端基化合物、端基受體單元和機溶劑混合，在惰性氣體保護下加入第二催化劑，進行第二加熱反應，得到給體材料，其中，所述端基受體單元包括氰基酸酯類化合物、羅丹寧類化合物、茚酮類化合物中的一種。

上述制備方法合成步驟簡單，所得到的產物易于純化，提高了給體材料的純度，保證了給體材料在后續應用的光伏性能，且通過上述方法進行制備，產率不低于44.8％，具有更強的實用性。

作為其中一個實施例，所述π橋單體、所述三甲基錫取代的給體單元與所述第一催化劑的摩爾比為2.2:1:0.22-3:1:0.3。