[发明专利]一种新型芴类有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种新型芴类有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用。本发明针对现有非富勒烯小分子受体材料分子结构复杂，分子量较大，制备过程困难，合成原料昂贵和不利于商业化应用等缺点，本发明提供了一种新型芴类有机太阳能电池受体材料，其中芴类有机太阳能电池受体材料S‑1和S‑2是简单的线性结构，分子结构简单、分子量小、制备步骤少而简单、合成原料便宜易得，具有良好的可见光吸收范围和吸收强度；将所述芴类有机太阳能电池受体材料应用于有机太阳能电池光伏器件中，在保证器件获得良好吸收范围和吸收强度的基础上使得器件制作成本大幅度降低，有利于有机太阳能电池早日商业化应用。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种新型芴类有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机太阳能电池(Organic Photovoltaics，简称：OPV)是20世纪80年代发展起来的一种基于有机半导体吸光材料来实现光电转换效应的新型光伏器件。研究表明，与传统无机硅太阳能电池相比，OPV具有分子结构可调性、价格低廉、体轻便携、可以利用卷对卷和喷涂打印技术实现快速大面积加工柔性器件等优点得到了广泛的关注并逐步向产业化迈进。

聚合物太阳能电池的活性层通常由基于聚合物/有机小分子的电子给体和电子受体共混而成。作为电子受体材料，以PCBM为代表的富勒烯类n-型有机半导体已经被广泛应用于聚合物太阳能电池中，基于聚合物-富勒烯的聚合物太阳能电池效率已经突破11％。但是，由于富勒烯类受体存在可见区光吸收较弱、分子能级调制范围小、合成和提纯成本较高的局限性，人们逐渐将目光转向基于非富勒烯型聚合物太阳能电池。自2015年中科院化学所有机固体院重点实验室占肖卫课题组设计合成了以ITIC为代表的非富勒烯受体材料以来，基于非富勒烯受体的有机太阳能电池效率已突破13％，但目前上述材料无一不分子结构复杂，分子量较大，制备过程困难，合成原料昂贵，不利于商业化应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种新型芴类有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型芴类有机太阳能电池受体材料，其结构通式为：

其中，m和n为自然数，两者代数和大于等于3；

R1和R2为所含碳原子数目从1～20的烷基直链或者支链；

B1和B2为连接给电子单元和受电子单元之间的桥连结构，其结构式选自如下结构：

A1和A2为吸电子单元端基，其结构式选自如下结构：

上述方案中，更为优选地，所述芴类有机太阳能电池受体材料为S-1，其结构式为：

上述方案中，更为优选地，所述芴类有机太阳能电池受体材料为S-2，其结构式为：

上述芴类有机太阳能电池受体材料S-1的制备方法，包括如下步骤：

(1)化合物1的合成：取双口圆底烧瓶，无水无氧处理，依次加入2,7-二溴芴、四丁基碘化铵，在氮气保护下注入DMSO和NaOH溶液，加热到100℃～120℃，隔夜反应，TLC监测；反应结束后，冷却至室温，将反应液转移到分液漏斗中，用稀盐酸洗涤、石油醚萃取、饱和食盐水洗涤有机相，有机相干燥浓缩、石油醚过柱子，得到无色透明液体化合物1；所述2,7-二溴芴、四丁基碘化铵、DMSO和NaOH溶液配比为15mmol：4.5mmol：50ml：30ml；所述NaOH溶液的质量浓度为30％～50％；