[发明专利]一种含苯并二噻吩的有机小分子材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含苯并二噻吩的有机小分子材料及其制备方法和应用，材料结构如式Ⅰ，A1、A2为缺电子性共轭单元；π为含有碳碳双键或碳氮键的共轭单元。该材料的制备包括以下步骤：通过偶联反应合成以苯并二噻吩为核心的含有乙炔硅烷基和醛基的单体；通过脱除上述单体中的烷基硅基团，获得含有端基炔活性基团的中间体；将含有端基炔活性基团的中间体与含有卤代基团的A1进行Sonogashira偶联反应，得到含有醛基官能团的有机小分子材料；将含有醛基官能团的有机小分子材料，在碱的催化作用下与A2进行Knoevenagel缩合反应，得到目标小分子材料。本发明材料具有更宽更强的吸收和良好的热稳定性，应用于有机光伏器件中。

技术领域

本发明属于有机太阳电池技术领域，具体涉及到一种含苯并二噻吩的有机小分子受体材料的制备方法，及其在有机光伏器件中的应用。

背景技术

有机太阳能电池(OSCs)是目前新材料、新能源领域研究的热点之一，其具有独特的质轻、柔性、成本低、半透明、可溶液加工、可通过卷对卷(roll to roll)大面积制备柔性器件等优点。其中，以富勒烯及其衍生物(如PC₆₁BM和PC₇₁BM)制备的电子受体材料为有机太阳能电池领域的发展作出了巨大贡献，但这类材料也存在自身缺陷，如原材料成本高、制备提纯困难、可见光区吸收范围较窄且弱、与给体材料共混时容易聚集。因此，设计合成新型非富勒烯受体材料对当下有机太阳能电池的进一步发展尤为重要。

近两年来，以有机共轭聚合物为电子给体，非富勒烯为电子受体的聚合物/非富勒烯共混本体异质结(bulk heterojunction,BHJ)太阳能电池发展最为迅速，而且，经过实验室研究人员的共同努力，单层BHJ和叠层BHJ太阳能电池均取得了超过13％的最高能量转化效率(J.Am.Chem.Soc.,2017,139(21),pp 7148–7151.DOI:10.1021/jacs.7b02677；J.Am.Chem.Soc.,2017,139(21),pp7302–7309.DOI:10.1021/jacs.7b01493)，显示着巨大的应用前景。相比于传统的富勒烯受体材料，非富勒烯受体材料能级易通过化学修饰来调控、在可见光区吸收宽而强、与给体组合多样化、可大面积加工且加工成本低。其中，以富电子单元为核，两侧由缺电子单元封端的A-D(π)-A型小分子受体的研究更加备受瞩目。一方面，小分子材料具有明确的分子结构，合成上没有批次差别；另一方面，这种A-D(π)-A型小分子受体的能级可以通过改变缺电子A单元进行调节，不同程度的拓宽吸收，从而与给体材料形成很好的吸收互补。

而且，一直以来，大量的研究工作都采用吡咯并吡咯二酮(DPP)、萘并二噻二唑(NT)、苯并噻二唑(BT)、苯并三唑(BTA)、异靛蓝、萘并二酰亚胺(NDI)、苝并二酰亚胺(PDI)等缺电子单元来构筑非富勒烯受体。其中，PDI因为具有强的吸电子能力及高的电子迁移率而受到更多科研工作者们的青睐，目前基于PDI的非富勒烯有机太阳能电池效率也已经超过8％，显示着其巨大的应用潜力。然而PDI、NDI类等非富勒烯受体材料存在着吸收较弱，聚集太强等问题，影响有机太阳电池器件的进一步提升。如能将A-D(π)-A型小分子受体材料与PDI、NDI类受体材料的优点结合起来，将有利于光伏性能的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种n型的有机小分子半导体材料，该类型有机小分子材料具有更宽更强的吸收，有利于有机太阳电池器件短路电流密度的提升，作为电子受体材料，可以应用于有机光伏器件中，并获得了优异的器件效果。

本发明同时提供了一种有机小分子材料的合成方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种含苯并二噻吩的有机小分子材料，所述材料结构式为式Ⅰ所示：

其中，A1、A2分别为所述有机小分子材料中采用的不同的缺电子性共轭单元；π为含有碳碳双键或碳氮键的共轭单元。