[发明专利]分子内激子裂分材料的合成方法以及薄膜制备方法、单晶制备方法

说明书

本发明提供一分子内激子裂分材料的合成方法以及薄膜、单晶的制备方法。一种分子内激子裂分材料的合成方法，包括如下步骤：合成以5,10‑双乙烯基茚并[2,1‑α]茚、5,10‑双乙炔基茚并[2,1‑α]茚为分子骨架，在烯键和炔键两端引入一系列五元、六元杂环以及稠环的分子。所述分子指明了一种新型具有分子内激子裂分性质的有机材料分子骨架的设计方向。本发明阐述了此类分子单晶制备的过程，以及通过真空蒸镀的方法制备薄膜的方法，包括蒸镀速度和气压设定。本发明阐述了此类分子溶液及薄膜光谱的表征手段。利用本分子这种多激子效应制成的光伏器件有望突破肖克利‑奎瑟限制，使光电转换的理论效率由30％提高到44.4％。

技术领域

本发明涉及有某种特殊光电性能材料制备技术领域，具体地说，涉及一系列具有分子内激子裂分性质材料的合成、薄膜的制备、单晶生长方法以及性质表征。

背景技术

单重态激子裂分指的是在有机分子中一个单重态激子与相邻的基态发色团相互作用形成两个三重态激子的过程。在有机材料体系中,单线态分裂是指当单线态激子的能量两倍于三线态激子能量时,光激发产生的一个单线态激子转化为两个三线态激子的过程。它不同于单线态三线态之间的系间窜越过程。因为后者需要自旋翻转,所以发生的速度缓慢。而单线态分裂满足自旋守恒条件,可具有极高的转换速率利用这种多激子效应制成的光伏器件有望突破肖克利-奎瑟限制，使光电转换的理论效率由30％提高到44.4％。激子裂分的概念最初由Schneider等提出，用于解释蒽单晶独特的延迟荧光现象。目前发现的具有激子裂分性质的材料包括并四苯、并五苯等并苯类化合物、聚噻吩、类胡萝卜素聚合物、苝酰亚胺、共价键连接的二聚体、1,3-二苯基异苯并呋喃等，目前发现的激子裂分材料大多是分子间激子裂分材料，其性能对发色团的晶体堆积和活性层的形态高度敏感，限制了其进一步发展，科学家致力于设计分子内激子裂分材料以及高聚物来有效克服这一弊端。

利用光伏电池将太阳能转化为电力是应对全球能源和环境挑战的可再生和清洁的方式。激子裂分材料由于其特殊的性质，应用于制备有机太阳能电池拥有者广阔的前景，旨在降低制造成本以及提高功率转换效率。通过精细的器件设计，激子裂分材料已成功实现外量子产率(EQE)高达126％，内量子产率(IQE)接近200％的太阳能电池。

发明内容

本发明涉及有某种特殊光电性能材料制备技术领域，具体地说，涉及一系列具有分子内激子裂分性质材料的合成、薄膜的制备、单晶生长方法以及性质表征。本发明的目的是为了合成具有高三线态产率的分子内激子裂分材料。其中，每个所述材料包括分子合成、薄膜沉积、单晶生长以及性质表征。

本发明公开一系列具有分子内激子裂分性质材料的合成以及其薄膜制备和单晶生长的方法以及性质表征。

1)一种系列具有分子内激子裂分性质材料的合成方法，包括如下步骤：

合成以5,10-双乙烯基茚并[2,1-α]茚、5,10-双乙炔基茚并[2,1-α]茚为分子骨架，在烯键和炔键两端引入一系列五元、六元杂环以及稠环的分子。以5,10-双((E)-4-甲氧基苯乙烯基)茚并[2,1-α]茚(命名为A)为例进行说明。

其中，有机分子中一个单重态激子与自身的基态发色团相互作用形成两个三重态激子。

2)一种分子内激子裂分性质材料的薄膜制备方法，包括合成前述的分子；以及用真空气相沉积的方法制备所述分子的薄膜。

例如，制备A分子薄膜：用真空气相沉积的方法分别制备分子A的薄膜。

3)一种分子内激子裂分材料的单晶制备方法，包括合成前述的分子；取少量分子溶于少量良溶剂中，使其放置在不良溶剂的饱和蒸汽中，静置；或者，取少量分子溶于少量良溶剂中，在上面轻轻滴注不良溶剂，使其有明显的分层，静置。

制备A分子单晶：

①取少量A分子溶于少量良溶剂中，使其放置在不良溶剂的饱和蒸汽中，静置一星期。