[发明专利]含有并环戊二烯单元的化合物及其制备方法

说明书

本发明涉及含有并环戊二烯单元的化合物。

更具体地，本发明涉及含有被烷氧基取代的并环戊二烯单元的化合物。

本发明还涉及在含有钯的催化剂的存在下，通过邻位被芳基炔基或杂芳基炔基取代的卤代烷氧基芳族或烷氧基杂芳族化合物的还原自偶联反应制备所述含有并环戊二烯单元的化合物的方法。

所述含有并环戊二烯单元的化合物，本身或在适合的官能化和聚合之后，可以有利地用于在刚性和柔性载体上构造光伏器件(或太阳能器件)，例如光伏电池(或太阳能电池)、光伏模块(或太阳能模块)。所述含有并环戊二烯单元的化合物还可以有利地用作发光太阳能集中器(LSC)的构成性单元。此外，所述含有并环戊二烯单元的化合物可以在半导体聚合物的制备中有利地用作单体单元的前体。

光伏器件(或太阳能器件)能够将光辐射的能量转化为电能。目前，可以用于实际应用的大多数光伏器件(或太阳能器件)利用无机类型光活性材料，特别是高纯度的结晶硅的物理-化学性质。然而，由于硅的生产成本高，科学研究已将努力朝向开发供选择的具有共轭、低聚或聚合结构的有机类型的材料定向，以获得有机光伏器件(或太阳能器件)，例如有机光伏电池(或太阳能电池)。与高纯度结晶硅不同，事实上，有机类型的所述材料的特征为相对综合的设施、低的生产成本、相对有机光伏器件(或太阳能器件)降低的重量以及在其中使用的有机光伏器件(或太阳能器件)的寿命周期结束时允许回收所述有机类型的材料。

尽管如此获得的有机光伏器件(或太阳能器件)相对于无机光伏器件(或太阳能器件)可能效率(η)较低，但以上指出的优点使得所述有机类型的材料的使用在能量上和经济上引人关注。

有机光伏器件(或太阳能器件)，例如有机光伏电池(或太阳能电池)的功能基于电子受体化合物和电子给体化合物的组合使用。在现有技术中，在有机光伏器件(或太阳能器件)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)，其当与选自以下的电子给体化合物混合时达到更高的效率：π-共轭聚合物，例如聚噻吩(η>5％)、聚咔唑(η>6％)、聚-(噻吩并噻吩)-苯并二噻吩(PTB)的衍生物(η>8％)。

在有机光伏电池(或太阳能电池)中，光转化为电流的基本转化过程通过以下步骤发生：

1.在部分电子给体化合物上吸收光子而形成激子，即一对“电子-电子间隙(或空穴)”电荷转运体；

2.激子在电子给体化合物的区域中扩散至远到与电子受体化合物的界面；

3.激子离解成两个电荷转运体：在受体相(即，在电子受体化合物)中的电子(-)和在给体相(即，在电子给体化合物)中的电子间隙[或空穴(+)]；

4.将如此形成的电荷输送到阴极(电子，通过电子受体化合物)和阳极[电子间隙(或空穴)，通过电子给体化合物]，在有机光伏电池(或太阳能电池)的电路中生成电流。

光吸收过程以及激子形成和随后向电子受体化合物产生电子导致电子从电子给体化合物的HOMO(最高占据分子轨道)激发至LUMO(最低未占分子轨道)，并随后导致从这通过到达电子受体化合物的LUMO。

由于有机光伏电池(或太阳能电池)的效率取决于由激子的离解生成的自由电子的数量，这转而可以直接与吸收的光子数量直接相关，主要影响所述效率的电子给体化合物的一个结构特征是电子给体化合物的HOMO和LUMO轨道之间存在的能量差异，即所谓的带隙。电子给体化合物能够收集并能够有效将光子转化为电能(即所谓的“光捕获”或“光子捕获”过程)的最大波长值特别取决于所述差异。为了获得可接受的电流，带隙，即给体化合物的HOMO和LUMO之间的能量差异，必须不能过高以允许吸收最高数量的光子，但同时不能过低，由于其会降低器件的电极处的电压。

以最简单的操作方式，通过在两个电极之间引入一薄层(约100纳米)的电子受体化合物和电子给体化合物的混合物(构造称为“本体异质结”)来制备有机光伏电池(或太阳能电池)，所述两个电极通常由铟锡氧化物(ITO)(阳极)和铝(Al)(阴极)组成。为了制备该类型的层，通常制备两种化合物的溶液并随后借助适合的沉积技术，例如“旋涂”、“喷涂”、“喷墨印刷”等，以该溶液作为起始在阳极[铟锡氧化物(ITO)]上产生光活性膜。最后，对电极[即，铝阴极(Al)]沉积在干燥的膜上。任选地，能够发挥电学、光学或机械性质的具体功能的其他另外的层可以引入电极和光活性膜之间。