[发明专利]改进的用于制备苯并二噻吩化合物的方法

说明书

本发明涉及用于制备苯并二噻吩化合物的方法。更具体地，本发明涉及用于制备苯并二噻吩化合物的方法，该方法包括使3,3'-联噻吩的衍生物与至少一种内炔反应。

所述苯并二噻吩化合物可以适当地被官能化和被聚合，得到电子供体化合物，这些化合物可以用于在刚性载体和柔性载体上的光伏器件，例如光伏电池、光伏组件、太阳能电池、太阳能组件。此外，所述苯并二噻吩化合物可以有利地用作发光太阳能聚光器(LSCs)中的光谱转换器。所述苯并二噻吩化合物还可以有利地用作半导体聚合物制备中的单体单元的前体。

光伏器件是能够将光辐射能转化成电能的器件。目前，可以用于实际应用的大部分光伏器件都利用无机类型的光活性材料的物-化特性，特别是高纯度结晶硅。然而，作为硅的高生产成本的结果，科学研究已经将其努力定向于开发可选的具有共轭、低聚或聚合结构的有机材料，以便得到有机光伏器件，例如有机光伏电池。不像高纯度结晶硅，实际上，所述有机特性的材料的特征是相对便利的合成、低生产成本、相关有机光伏器件的降低的重量，且还使得所述有机类型的材料在其被使用的有机光伏击器件的寿命循环结束时能够回收。

上述优点使得所述有机类型的材料的应用具有富有活力和经济上的意义，不过，相对于无机光伏器件，由此得到的有机光伏器件的效率(η)可能较低。

有机光伏器件例如有机光伏电池的功能基于电子受体化合物和电子供体化合物的组合应用。在现有技术中，有机光伏器件中最广泛使用的电子受体化合物是富勒烯衍生物，特别是PC61BM(6,6-苯基-C₆₁-丁酸甲酯)或PC71BM(6,6-苯基-C₇₁-丁酸甲酯)，它们在与电子供体化合物混合时已经达到最大效率，所述电子供体化合物选自π-共轭聚合物，例如聚噻吩类(η>5%)、聚咔唑类(η>6%)、聚-(噻吩并噻吩)-苯并二噻吩(PTB)的衍生物(η>8%)。

将光转化成有机光伏电池中的电流的基本方法通过下列步骤进行:

1.吸收电子供体化合物部分上的光子，形成激子，即“电子-间隙(或空穴)”电荷转运体对；

2.使电子供体化合物区域中的激子扩散远至与电子受体化合物的界面；

3.两种电荷转运体中的激子分离：受体相(即电子受体化合物)中的电子(-)和供体相(即电子供体化合物)中的电子间隙(或空穴)(+)；

4.将由此形成的电荷转运至阴极(电子，通过电子受体化合物)和阳极(电子间隙(或空穴)，通过电子供体化合物)，在有机光伏电池电路中生成电流。

形成激子和随后为电子受体化合物产生电子的光吸收方法导致电子从电子供体化合物的HOMO(最高已占分子轨道)激发至LUMO(最低空分子轨道)，随后从其中通过到达电子受体化合物的LUMO。

因为有机光伏电池的效率依赖于激子分离生成的自由电子数量，由此直接与吸收的光子数量相关，所以主要影响所述效率的电子供体化合物的结构特征是电子供体化合物的HOMO与LUMO轨道之间存在的能量差或所谓的带隙。电子供体化合物能够采集并且将光子有效地转化成电能即所谓的“集光”或“集光子”法时的最大波长值依赖于这种差异。为了得到可接受的电流，带隙即供体化合物的HOMO与LUMO之间的能量差不一定过高，以至于不能吸收最高数量的光子，但同时又不能过低，以至于不能降低器件电极上的电压。

按照最简单的操作方式，通过在通常由铟-锡氧化物(ITO)(阳极)和铝(Al)(阴极)组成的两个电极之间导入电子受体化合物和电子供体化合物混合物薄层(约100纳米)(结构称作“本体异质结”)生产有机光伏电池。为了产生这种类型的层，一般制备两种成分的溶液，且随后借助于适合的沉积技术，例如“旋转涂敷”、“喷涂”、“喷墨印刷”等，以所述溶液为原料，在阳极[铟-锡氧化物(ITO)]上生成光活性薄膜。最终，对电极[即铝阴极(Al)]沉积在干燥薄膜上。任选地，可以在电极与光活性薄膜之间导入能够发挥电子、光学或机械特性的特定功能的另外的附加层。

一般而言，为了有利于到达阳极[铟-锡氧化物(ITO)]和同时阻断电子运输的电子间隙(或空穴)，由此改善电极部分上的电荷和抑制重组现象，在如上所述的受体化合物和供体化合物的混合物为原料生成光活性薄膜前，以PEDOT:PSS[聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐]的水性混悬液为原料，借助于适合的沉积技术，例如“旋转涂敷”、“喷涂”、“喷墨印刷”等沉积薄膜。最终，使对电极[阴极(Al)]沉积在干燥薄膜上。