[發明專利]一種雙酯基并噻吩非稠環電子受體材料及制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210506918.8
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114736232A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 廖勛凡;李蕾;陳義旺;鐘佳鑫;劉恒辰;朱佩佩
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: C07F7/08
• 分類號: C07F7/08;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 南昌朗科知識產權代理事務所(普通合伙) 36134
• 代理人: 郭毅力;郭顯文

一種雙酯基并噻吩非稠環電子受體材料及制備方法和應用。所述非稠環電子受體分子的結構式如式所示：本發明的非稠環電子受體材料具有合成路線簡單高效、分子共平面性好、材料易溶液加工等優點，應用于有機太陽能電池時可以有效拓寬活性層的吸光范圍和提高電池的能量轉換效率，充分表現出雙酯基并噻吩基非稠環電子受體在有機太陽能電池中的應用潛力。

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池材料制備技術領域。涉及一種有機太陽能電池活性層電子受體材料及其制備方法和在有機太陽能電池中的應用。

背景技術

近年來，本體異質結有機太陽能電池發展迅速，其器件性能主要取決于活性層，活性層包括電子給體和受體材料，其中非富勒烯受體是最具有商業化應用潛力的材料，代表性的明星受體分子包括IT-4F和Y6。目前，通過活性層材料分子的不斷設計合成和器件工藝優化，非富勒烯有機太陽能電池的能量轉換效率已經突破18％(Nat.Energy2021,6,605-613)。

然而，目前應用的稠環非富勒烯受體分子合成路線較為復雜，使其總收率較低、合成成本較高。因此，為了未來更好的實現商業化應用，非富勒受體分子的設計應該在保留大稠環受體優點的基礎上，對其共軛體系進行修改以此來構筑新型受體，并簡化合成路線。利用分子內非共價相互作用來替代大稠環受體中的共價鍵構筑步驟，可滿足以上的受體分子設計要求。雙酯基并噻吩單元廣泛應用于構筑活性層材料(Adv.Energy Mater.2018,8,1801214；Macromol.Rapid Commun.2020,41,2000454；Chem.Commun.2021,57,9132；ACSAppl.Mater.Interfaces 2021,13,23993)，通過酯基中的氧與相鄰單元的硫構筑O···S非共價相互作用來保證受體分子具有良好的平面性，形成非共價鍵構象鎖，提升分子骨架的剛性，使其能有序堆積，形成高效的分子間電荷傳輸。此外，該設計可有效簡化合成步驟并節約合成成本。因此，設計合成基于雙酯基并噻吩單元的非稠環電子受體小分子對于未來實現商業化具有重要的意義。

發明內容

針對現有有機太陽能電池中稠環電子受體材料存在合成路線繁瑣以及成本高等問題，本發明的第一個目的是在于提供一種成膜性好，能量轉換效率較高的雙酯基并噻吩基非稠環電子受體材料。

本發明的第二個目的是在于提供一種條件溫和、純化簡單的制備雙酯基并噻吩基非稠環電子受體材料的方法。

本發明的第三個目的是在于提供雙酯基并噻吩基非稠環電子受體材料的應用，雙酯基并噻吩基非稠環電子受體材料與給體材料形成互補的吸收，且與給體材料具有更加匹配的能級和高而平衡的載流子遷移率，可以用于制備高短路電流和能量轉換效率的有機太陽能電池。

本發明所述的一種雙酯基并噻吩基非稠環電子受體材料，其具有式1結構：

其中，R₁為C₁-C₂₀的直鏈或支鏈烷基；

Ar₁和Ar₂各自獨立選自以下基團中任意一種：(虛線處為連接位置)

其中，R₂為氫原子、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、羰基、酯基、苯基、取代苯基、噻吩基或取代噻吩基；R₃為C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、羰基、酯基、苯基、取代苯基、噻吩基或取代噻吩基。

EG為以下基團中任意一種：(虛線處為連接位置)