[發明專利]基于非對稱噻吩并異苯并吡喃單元的有機小分子受體材料及應用

有效

• 申請號: 202110974279.3
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113698422B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 朱衛國;郭佳莉;朱佳寧;朱夢冰;唐煒;孫大偉
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王志慧

本發明涉及有機光伏領域，特別涉及一類基于非對稱噻吩并異苯并吡喃的有機小分子受體材料及應用。該類有機小分子受體材料具有A?D?D'?A型骨架，包含噻吩并異苯并吡喃和環戊二烯并二噻吩雙電子給體(D?D')單元，以及氰基茚酮衍生物強電子受體(A)末端單元。這類有機小分子受體材料結構簡單，具有合成步驟簡單、非骨架偶極矩和骨架偶極矩的雙重作用，能有效調節材料的分散、結晶、吸收、電化學和載流子傳輸等性能；能與大多數給體材料組合，構建高效的本體異質結二元有機太陽能電池(OSCs)。

技術領域

本發明涉及有機光伏領域，具體涉及一類基于非對稱噻吩并異苯并吡喃單元的有機小分子受體材料，以及該類材料作為光活性層中的電子受體材料在有機太陽能電池領域中的應用。

背景技術

有機太陽能電池因具有重量輕、材料來源廣泛、分子結構可調控、可實現大面積柔性器件制備等突出優點，已成為當今新能源發展的重要方向。

活性層材料是決定有機太陽電池性能的關鍵因素，它主要由給體材料和受體材料組成。經過幾十年的研究，一些性能優異的電子給體材料和電子受體材料被開發出來，如PBDB-T、PM6、J71等。其中，新興的非富勒烯小分子受體材料由于具有原料來源廣泛、吸收光譜易于調節、摩爾消光系數高等優點，能夠與各種不同的給體材料匹配，制備高效率低成本的太陽能電池，近年得到了快速發展。

在已報道的非富勒烯小分子受體(NF-SMA)材料中，大部分能量轉換效率較高的NF-SMA材料都包含多稠環的復雜結構單元，它們的合成難度大、成本相對較高，不利于大規模的實際應用。

發明內容

本發明旨在提供一類結構新穎、簡單的非對稱A-D-D'-A型小分子受體材料。采用結構簡單、三稠環、非對稱的噻吩并異苯并吡喃作為第一電子供體(D)單元，三稠環、對稱的二噻吩并環戊二烯作為第二電子供體(D')單元，構筑了一類A-D-D'-A型非對稱小分子受體材料。利用噻吩并異苯并吡喃單元的偶極矩作用和分子間的π-π作用，調節分子內的D-A作用及分子間的相互作用，改善光活性層形貌和載流子傳輸能力，提高有機太陽能電池的光伏性能。

非對稱的結構賦予了該材料一定的偶極矩，強給電子單元與強吸電子單元組合也使得分子具有較強的D-A作用、材料具有寬且強的可見甚至近紅外吸收。通過溶液加工方法，將這類非對稱小分子受體材料和聚合物給體材料共混，制作非富勒烯有機太陽電池(OSCs)，可實現該類小分子材料在OSCs中的高效能量轉換。

本發明提供的非對稱A-D-D'-A型小分子受體材料的分子結構可以是下列分子中的一種。

本發明的應用在于：將設計開發的非對稱A-D-D'-A型有機小分子受體材料作為光活性層受體材料，與商業購買的聚合物給體材料在不同比例下共混，制作本體異質結有機太陽電池器件，實現器件的高效光電轉換。

所述的有機太陽電池器件包括氧化錫銦(ITO)導電玻璃陽極、陽極修飾層、光活性層、陰極修飾層、陰極。活性層材料為本發明所述的小分子受體材料與商業購買的聚合物給體材料。其中，給受體重量比為1:1.2-1:1。

本發明提供的非對稱A-D-D'-A型小分子受體材料，具有以下特點：

(1)分子中不對稱噻吩并異苯并吡喃單元和對稱的二噻吩并環戊二烯單元組合，能調控材料的結晶性能和吸收性能，改善光活性層形貌；

(2)非對稱的A-D-D'-A型小分子受體材料，與傳統對稱的小分子受體材料相比，具有非骨架偶極矩和骨架偶極矩的雙重作用，能調控分子的相互作用和材料的載流子傳輸性能，這些特點促進了這類受體材料在有機太陽能電池中顯示了優異的光伏性能。

(3)非對稱的A-D-D'-A結構對比傳統的對稱結構具有一定的偶極矩，以消除體系的極性，避免了平行堆疊有側鏈引起的空間效應，擴大了堆積的面積和強度，增強了分子間的作用力。

附圖說明：