[发明专利]一类醌式结构化合物作受体材料在太阳能电池中的应用

说明书

本发明提供了一类醌式结构化合物作受体材料在太阳能电池中的应用。该类化合物具有较强的电子离域和电荷转移导致较窄的光学带隙和强的光学吸收性质，最大吸收截止波长拓展到近红外区，活性层吸光性能好，形貌调节简单的特点；本发明提供了该类化合物进行溶液加工制备有机太阳能电池器件的方法。以化合物DPPMDPC6为受体材料与商业化的给体材料PTB7制备电池器件产生的开路电压为0.88 V，短路电流为12.84 mA/cm²，光电转换效率达到6.12%。本发明为醌式结构化合物作受体材料在有机太阳能电池器件中提供新的思路。

技术领域

本发明属于有机光伏材料领域，涉及一类醌式结构化合物作受体材料在太阳能电池中的应用。

背景技术

传统的太阳能电池的受体材料是富勒烯衍生物，该类化合物存在着可见光区吸收弱、较低的形貌稳定性及轨道能级难调节的问题（Small2017, 13, 1701120），虽然经过精心设计给体分子和器件优化也能达到较高的效率，但光吸收性质的局限和器件高能量损失的缺点限制着电池效率的提升（Nat. Energy2016, 1, 15027）。近红外吸光的有机半导体材料由于光学带隙较小（Eg＜1.5 eV），可充分吸收约占太阳辐射强度50%的近红外区段的光能，在有机太阳能电池领域掀起了一股研究热潮。设计合成近红外吸收特性的受体材料，制备光伏器件可以充分的提高太阳光的吸收效率（Energ. Environ. Sci.2017, 10,161）。

目前研究较多的非富勒烯类受体材料主要包括酰亚胺类（J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 375-380）、吡咯并吡咯二酮（diketopyrrolopyrrole，DPP）类（Dyes and Pigments2017, 137, 553-559）和稠环电子受体类（Energ. Environ. Sci.2017, 10,1610-1620）如ITIC（Nat. Commun.2016, 7, 13651）。虽然可以在稠环化合物的末端引入吸电子的基团实现分子内强的电荷转移，降低材料的光学带隙，但受结构单元自身的影响，稠环电子受体材料难以实现近红外光的吸收。Yao报道了基于噻吩基苯并噻吩和吡啶甲腈（Methyl-Dioxocyano-Pyridine, MDP）骨架的醌式结构系列化合物，该材料吸光并未到近红外光区，光电转换效率在5%左右（Chem. Mater.2015, 27, 4719），而且体系采用富勒烯类受体材料，该受体材料分离和纯化比较困难，光活性层的吸光范围也局限在可见光区，并不能吸收近红外光，而且活性层形貌较难调节，器件重现性较差。因此制备近红外吸光的受体材料需要利用更合适的结构体系，DPP和MDP都具有很好的电子离域性能，而且DPP骨架是吸光很强的染料基团，存在着酮式与醌式的互变异构，而MDP是一个很好的吸电子单元，所以两个基团的组合有望构建近红外吸光的受体材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一类醌式结构化合物作受体材料在太阳能电池中的应用。

本发明提供的一类吡咯并吡咯二酮骨架的醌式结构化合物，其结构如式I所示，标记为DPPMDPC6。

式I

本发明提供的制备式I所示的化合物DPPMDPC6的方法参考文献（Chem. Mater.2015,27, 4719）。