[發明專利]一類含噻吩共軛側鏈的n-型A-DA′D-A小分子受體在高效有機太陽電池中的應用

有效

• 申請號: 202210161726.8
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114478583B
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 孔曉磊;孟磊;李永舫
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C07D513/22
• 分類號: C07D513/22;H10K85/60;H10K30/20
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙靜

本發明公開了一類含噻吩共軛側鏈的n?型A?DA'D?A小分子受體在高效有機太陽電池中的應用。本發明所提供的有機小分子受體光伏材料的結構式如式I、式II所示。噻吩單元在具有優良的導電特性的同時還具有優異的化學修飾特性，通過簡單的合成手段將其引入到A?DA'D?A類小分子受體的側鏈中，可以在獲得剛性平面結構的同時進一步拓展主鏈的π共軛長度，這有利于極化子的離域和載流子的傳輸。此外，更大的π共軛面積也有利于增強鏈間的π?π相互作用，增強給、受體間的相互作用以及改善界面的分子取向。因此，將噻吩作為共軛側鏈引入到A?DA'D?A類小分子受體中可顯著提高相應有機太陽能電池的能量轉換效率，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一類含噻吩共軛側鏈的n-型A-DA′D-A小分子受體在高效有機太陽電池中的應用。

背景技術

能源作為重要的物質基礎，持續推動著世界經濟和人類社會的發展。近年來，隨著能源需求的持續增長和溫室效應等環境問題的日趨嚴重，開發清潔可再生能源，如：太陽能、風能、水能、生物質能等成為世界各國推進能源結構轉變和應對氣候變化的重要舉措。在眾多的可再生能源技術中，將太陽能直接轉化電能的太陽能電池因其應用范圍廣、安全、便捷等優點受到廣泛關注，并在過去的幾十年中獲得了長足發展。有機太陽電池(OSCs)以其簡單的器件結構、低成本加工工藝、多樣且可調控的材料、可制備輕質柔性半透明器件等優點受到廣泛關注。[Y.Li,Acc.Chem.Res.2012,45,?723.J.Yuan,Y.Zhang,L.Zhou,G.Zhang,H.-L.Yip,T.-K.Lau,X.Lu,C.Zhu,H.Peng,P.A.Johnson,M.Leclerc,Y.Cao,J.Ulanski,Y.Li,Y.Zou,Joule?2019,3,1140.]。在常見的?OSCs中，活性層材料分為p-型共軛聚合物給體和n-型小分子受體。過去的幾年中，由于寬帶隙聚合物給體材料和窄帶隙小分子受體材料的突破，尤其是A-DA′D-A類n-?型小分子受體材料的迅猛發展，使OSCs的能量轉換效率(PCE)突破了18％，這使有機太陽電池的商業化應用又向前邁進了一步。

噻吩是含一個硫雜原子的五元雜環化合物，具有芳香性，比苯更容易發生親電取代反應，取代主要發生在α-位(2-位或5-位)。噻吩可用于生產各種染料、香料、耐急冷急熱塑料、高活性溶劑、刺激素、殺蟲劑、增亮劑、化妝品和生物活化物質以及維生素、麻醉劑和抗菌素等藥品。由于噻吩具有優良的導電特性，采用化學法或電化學法合成的聚噻吩是一種有潛在應用前景的導電高分子材料。同時，噻吩可以通過簡單的化學手段引入到聚合物材料和小分子材料中，在有機太陽電池中其經常被用作給電子的共軛單元，因而也得到廣泛關注[Y.Lin,F.Zhao,Q.He,L.Huo,Y.Wu,T.C.Parker,?W.Ma,Y.Sun,C.Wang,D.Zhu,A.J.Heeger,S.R.Marder,X.Zhan,J.Am.Chem.Soc.2016,138,4955；C.Cui,Y.Li,EnergyEnviron.Sci.2019,12,3225.]。

有機太陽電池中A-DA′D-A類小分子受體一般是指通過中間DA′D稠環核結構連接兩個缺電子(A)末端基團所組成的分子。這類結構通常由三個有效模塊組成：DA′D?稠環核結構、稠環上的側鏈和缺電子A末端。其中側鏈不僅有助于提高分子溶解性，而且可以有效地防止共平面稠環核結構的自聚集，防止受體分子與給體共混后形成嚴重的相分離。