[发明专利]一种不对称卟啉有机小分子光伏材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于有机小分子光伏材料领域，特别涉及一类非对称卟啉有机小分子光伏材料及其制备方法与应用。

背景技术

在太阳能的有效利用中，利用光电池将太阳能转化为电能是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。可溶液处理的有机聚合物和有机小分子材料太阳能电池具有低成本、易于加工(如可旋涂、喷墨打印等)、适于制备大面积柔性器件等潜在的优势，不仅可以简化器件的制备过程，也可以大大降低了制备成本，从而受到了广泛的关注。电池活性材料中的给体材料可根据分子量的大小分为共轭聚合物和有机小分子，聚合物容易成膜，但产物不容易提纯，分子量分布宽，且每批次合成出来的产品由于分子量及其分布存在差异导致太阳能电池的效率常常存在较大的差异。而有机小分子却不存在这些问题，因此有机小分子在有机太阳能电池中存在其独特的优势。

卟啉的结构跟叶绿素相似，具有大的π共轭体系和高的摩尔吸光系数，电子能够快速地从给体转移到受体，容易通过外围基团和空腔金属的修饰来改变其物理化学性质，卟啉及其衍生物是最早被作为光活性材料应用于有机太阳能电池的材料之一。然而，基于非对称的小分子给体材料的太阳电池少有报道，并且效率光电转换效率较低。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种不对称多卟啉有机小分子光伏材料，有效地增大了分子的π共轭体系和分子内电荷转移(ICT)，拓宽了材料的吸收光谱，提高了材料的载流子迁移率；同时通过改变吸电子基团的吸电子能力，有效地调节了分子的HOMO、LUMO能级。

本发明的另一目的是提供上述不对称卟啉有机小分子光伏材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述不对称卟啉有机小分子光伏材料的应用。所述光伏材料用于制备太阳能电池。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种不对称卟啉有机小分子光伏材料，其结构式如式Ⅰ：

其中：B和C分别代表端基染料基团，B和C不同；M是金属离子或氢；Ar为氢、烷基、烷氧基、取代或未取代的芳香基团。(结构式中M可以与4个N中两个N连接，M也可以与另外2个N连接)

所述Ar为氢，烷基，烷氧基，取代或未取代的由碳氢构成的芳香环，取代或未取代的由碳氢氧构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳氮氧氢构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳硫氢原子构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳硅氢原子构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳氮硫氢构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳硅硫氢构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳硅硫氢构成的芳香杂环，取代或未取代的碳氢硒构成的芳香杂环中的一种以上。

所述取代的芳香基团中取代基团为烷基、氟代烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种以上。

所述Ar优选为结构式1～12中的一种：

其中，R₁和R₂是含碳数为0-20的烷基或烷氧基，碳数为0时，R₁和R₂是氢或羟基。

所述M为金属离子时，金属离子为锌离子、铜离子、镁离子或镍离子。

所述B和C分别优选为结构式13～30中的一种且B与C不同：

其中，R₁和R₂是含碳数为0-20的烷基或烷氧基；碳数为0时，R为氢、OH。

所述不对称卟啉有机小分子光伏材料的制备方法，包括以下步骤：

当不对称卟啉有机小分子光伏材料的式Ⅰ中端基染料基团含有α,β-不饱和吸电子基团时，采用Knoevenagel缩合反应制备：在有机溶剂中，以弱碱作为催化体系，将含醛基的噻吩卟啉与含活泼亚甲基的化合物进行缩合反应，后续处理，得到不对称卟啉有机小分子光伏材料；

所述含醛基的噻吩卟啉的结构为(A为有机基团，Ar、M、B与不对称卟啉有机小分子光伏材料的式Ⅰ中一致)，所述含活泼亚甲基的化合物的结构为(Rm，Rn为吸电子基团)，含醛基的噻吩卟啉中的醛基与含活泼亚甲基的化合物的结构中活波亚甲基反应使得产物的结构包含基团，此基团与不对称卟啉有机小分子光伏材料的式Ⅰ中C基团一致。

如：所述含醛基的噻吩卟啉的结构为所述含活泼亚甲基的化合物的结构为(Rm，Rn为吸电子基团)，产物的结构为