[發明專利]一種非富勒烯電子受體的制備方法和產品及應用

在審

• 申請號: 202110672146.0
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113480560A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 賴文勇;張超;李祥春;汪洋;劉芳
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C07D495/14
• 分類號: C07D495/14;C07D519/00;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 劉峰

本發明公開了一種非富勒烯電子受體的制備方法和產品及應用，該材料采用芳族或雜芳族稠環擴大平面π共軛骨架作為臂單元，促進了π電子離域和分子堆積，作為平面骨架的一部分，稠環結構可以促進紅移吸收、降低電離能和增加結晶度等，將π延伸的共軛結構和富含噻吩結構的稠環核引入到星形結構中，不僅使之保持了線性結構的吸收強、易于修飾、熱穩定性好、給電子能力強和剛性好等優點，還顯示出延伸的吸收、降低的帶隙和增加的遷移率，從而顯著地提高有機太陽能電池器件性能。

技術領域

本發明屬于光電材料應用技術領域，具體涉及到一種非富勒烯電子受體的制備方法和產品及應用。

背景技術

近年來，由于分子結構設計，有機太陽能電池(OSCs)在過去的五年里得到了廣泛的關注和巨大的進步，特別是對于非富勒烯電子受體(NFAs)。在各種非富勒烯電子受體中，稠環電子受體被證明是實現高轉換效率的最有效方法。含有封端基團的電子受體與具有線性電子受體-電子給體-電子受體(A-D-A)構型的梯形給電子核融合，被認為是非富勒烯電子受體中的典型代表。關于稠環核的調制，一般用芳香族或雜芳香族稠環擴大平面π共軛骨架是促進π電子離域和分子堆積的有效策略。特別是，作為平面骨架的一部分，噻吩并稠環在紅移的光譜吸收、降低電離能和增加結晶度等方面至關重要。在這些設計原理的指導下，開發出一系列具有π延伸和富含噻吩結構的新型線性稠環電子受體，顯示出拓展的光譜吸收、降低的帶隙和增加的遷移率，從而顯著地改進了器件性能。

盡管大多數努力都集中在線性稠環電子受體上，星形電子受體目前也因其通過中心核心單元在二維或三維擴展π共軛而引起人們特別的興趣。這種結構將導致比線性電子受體更強的光吸收和更高的電荷同向傳輸。當構建星形電子受體時，主要關注的是平面結構和扭曲結構之間的平衡，這與平衡電子遷移率和激子解離直接相關。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有技術中存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明的目的是，克服現有技術中的不足，提供一種非富勒烯電子受體材料及其制備方法與應用，可以使用溶液加工如采用旋涂或噴墨打印的方法制備正置器件結構以及倒置器件結構的有機太陽能電池器件，也可以用于采用串聯的方式制備大面積疊層有機太陽能電池器件，通過改變其臂單元分子結構以及優化其器件結構實現優異的光電特性，不僅保持了線性臂單元結構光譜吸收強、易于修飾、熱穩定性好、給電子能力強和剛性好等優點，還和中心苯并三噻吩核單元相互影響，顯示出延伸的吸收、降低的帶隙和增加的遷移率，克服了富勒烯電子受體高度對稱的波函數導致的光學躍遷被禁止、材料薄膜穩定性差以及線性電子受體各向同性載流子傳輸受限等技術問題。

本發明有益效果：

本發明提供一種非富勒烯電子受體材料，該材料以苯并三噻吩給電子基團為中心核單元，稠環結構為臂單元，臂單元稠環結構上引入的雜原子并采用側基修飾，端基使用3-(二氰基亞甲基)靛酮(IC)基團及其衍生物進行封端；通過鄔爾-齊格勒反應、維爾斯麥爾-哈克反應、Suzuki反應等一系列過程合成此類材料，該材料具有合成過程成熟易控、合成產物容易分離提純、合成產率高等優勢；臂單元的稠環結構具有光譜吸收強、結構易于修飾、熱穩定性好、給電子能力強和剛性好等優點，中心核單元與臂單元使材料的共軛效應增強，構型更加多元，使材料擁有優異的薄膜穩定性、高的電荷遷移率、出色的摩爾吸光系數和良好的薄膜形態，側鏈基團則賦予材料優異的溶解性和成膜性。

本發明非富勒烯電子受體材料適用于旋涂、噴墨打印等加工方式，能與多種活性層給體材料進行有效的光譜互補吸收和能級匹配，從而形成高效的有機太陽能電池器件；另外，其可廣泛應用于有機太陽能電池正置器件結構、倒置器件結構以及串聯疊層器件結構中，并可實現有機太陽能電池大面積印刷制備。

附圖說明