[發明專利]以硒吩為π橋的骨架全非稠合小分子受體及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110257655.7
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113024541A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張倩;邱化玉;陳顯杰;丁學妍
• 申請（專利權）人: 杭州師范大學
• 主分類號: C07D421/14
• 分類號: C07D421/14;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭;胡紅娟

本發明公開了一種以硒吩為π橋的骨架全非稠合的光伏小分子受體，所述光伏小分子受體的結構式為：本發明還提供了一種以硒吩為π橋的骨架全非稠合的光伏小分子受體的制備方法。該光伏小分子受體在太陽能電池中展現出優異的光伏性能。

技術領域

本發明涉及有機光伏小分子受體材料的技術領域，特別涉及以硒吩為π橋的骨架全非稠合的光伏小分子受體及其制備方法和應用。

背景技術

在當今化石能源危機以及環境污染的壓力下，有機太陽能電池以其成本低、質輕、結構多樣且可控、環境友好等優點得到研究者們廣泛的關注。其中活性層材料是決定器件效率的關鍵，對于活性層中的受體材料而言，富勒烯及其衍生物(PC₆₁BM和PC₇₁BM)一直是過去幾十年研究的主流，但其因在可見區吸收弱，能級難以調控，合成難度較大，成本高等缺陷阻礙了其進一步的發展。因此，研究者們開始將目光關注在非富勒烯受體材料的設計合成。從2015年開始，以ITIC為代表的非富勒烯稠環電子受體快速發展起來。目前，基于非富勒烯稠環電子受體的單結有機太陽能電池的能量轉換效率(PCE)已經超過了18％。如公開號為CN109180637A的中國專利公開了基于茚并[1,2-b]芴的A-D-A型光伏小分子受體及其制備方法和應用；如公開號為CN110028488A的中國專利公開了以茚并[1,2-b]芴為核的A-D-A型光伏小分子受體及其制備方法和應用。

然而這些高效的稠環受體材料通常屬于受體-給體-受體(A-D-A)型，中間都有一個大的稠環梯形核，這種平面稠環芳烴結構可以促進π電子離域，有利于能帶隙的減小，光吸收的擴展以及分子之間π-π堆疊的改善。盡管如此，稠環受體分子中芳核的梯形結構比較復雜，均通過化學鍵聯稠合，合成步驟多，提純困難，導致合成成本偏高，不利于材料的大規模生產并限制大面積器件的制備和商業化應用。另外，對稠環核上的烷基鏈取代基進行修飾需要從起始反應開始，導致稠環受體的化學結構調節較為困難。因此，開發結構簡單且易調節、成本低的新型高效骨架非稠環受體材料，降低合成成本對實現有機太陽電池的規模應用具有重要的科學意義和應用價值。硒吩衍生物具有更窄的帶隙，更強的分子間相互作用和更好的載流子傳輸性能等優點使其也成為構建有機太陽能電池中高效率非富勒烯受體材料的非常具有前景的結構單元。

發明內容

本發明的目的在于提供以硒吩為π橋的骨架全非稠合的光伏小分子受體及其制備方法，本發明提供的光伏小分子受體在太陽能電池中展現出優異的光伏性能。

本發明提供如下技術方案：

一種以硒吩為π橋的骨架全非稠合的光伏小分子受體，所述光伏小分子受體的結構式為：

本發明提供的光伏小分子受體以硒吩為π橋、帶苯環側鏈的聯噻吩為核的骨架全非稠合的光伏小分子受體。

本發明還提供了一種上述以硒吩為π橋的骨架全非稠合的光伏小分子受體的制備方法，所述制備方法包含以下步驟：

(1)將式Ⅰ和式Ⅱ所示化合物溶于有機溶劑A中，在催化劑A的作用下加熱攪拌回流，發生Stille偶聯反應，經后處理A制得式III所示化合物；

(2)將式Ⅲ所示化合物溶于有機溶劑B中，加入正丁基鋰，一段時間后加入化合物N,N-二甲基甲酰胺，攪拌后取出至常溫下反應，經后處理B制得式IV所示化合物；

(3)將式Ⅳ所示化合物與式Ⅴ所示化合物溶于有機溶劑C中，在催化劑B作用下攪拌發生Knoevenagel縮合反應，經后處理C制得終產物2T2Se-F；

其中，式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ所示化合物如下所示：