[发明专利]以茚并[1;2-b]芴为核的A-D-A型光伏小分子受体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种以茚并[1,2‑b]芴为核的A‑D‑A型光伏小分子受体，以茚并[1,2‑b]芴为中心给体单元、氟取代的3‑(二氰基亚甲基)靛酮为封端受体单元、单硒吩或乙烯基硒吩作为π桥的溶液处理的小分子受体材料，其中，以单硒吩或乙烯基硒吩作为π桥的A‑D‑A型光伏小分子受体分别称为FICBF‑Se和FICBF‑SeVi。本发明还提供了一种以茚并[1,2‑b]芴为核的A‑D‑A型光伏小分子受体的制备方法。本发明提供的以茚并[1,2‑b]芴为核的A‑D‑A型光伏小分子受体应用在太阳能器件中具有优异的光学、电化学和光伏性能。

技术领域

本发明涉及有机光伏小分子技术领域，特别涉及一种以茚并[1,2-b]芴为核的A-D-A型有机光伏小分子受体及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能是人类取之不尽、用之不竭、清洁无污染的可再生能源，利用好太阳能能源也是目前解决化石能源危机的重要途径之一。与传统的无机硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池具有质量轻、成本低、可溶液处理、高的机械柔性、可制成大面积柔性器件等优点，具有诱人的应用前景。有机聚合物/小分子太阳能电池在近年来得到了突飞猛进的发展。

近些年来，有机太阳能电池(OSCs)由于成本低、质地轻、柔性好以及可通过印刷进行大面积制造等突出的优点，已经受到了研究者们越来越多的关注。得益于新型活性层材料的开发以及器件工艺的优化，可溶液处理的本体异质结(BHJ)有机太阳能电池的能量转化效率(PCE)已经超过了17％。在过去，富勒烯及其衍生物由于其高电子亲和性、高电子迁移率、各向同性电荷传输以及适当的相分离尺寸常被用作为受体材料。但是，富勒烯及其衍生物也有一些固有的缺陷，例如：在可见光波段吸收较弱，成本较高，能级不易调控，形态稳定性较差。

因此，越来越多的化学家将目光集中在了非富勒烯受体材料(NFAs)上。非富勒烯受体材料的优势十分明显，例如，在可见光波段的吸收较好并更接近于太阳光的近红外区域，稳定性好，合成简单，能级容易调控。目前，非富勒烯受体材料已经成为了研究的热点，并且在基于相同的给体材料的情况下，使用非富勒烯受体材料往往相比于富勒烯及其衍生物受体能获得更好的器件性能，PCE已经超过了15％。

在不同类型的非富勒烯受体中，含稠环芳核的A-D-A型或A-π-D-π-A型小分子受体表现出了优异的性能。并且之前的报道表明在非富勒烯小分子受体中引入芴结构是一个非常有效的策略。由两个芴组成的梯形结构茚并[1,2-b]芴已经被应用于基于富勒烯的OSCs中的p型聚合物半导体，以及有机场效应晶体管。由于延长的共轭，其拥有更宽更强的吸收带，因此茚并[1,2-b]芴是构建有机太阳能电池中高效率非富勒烯受体材料的非常具有前景的结构单元。尽管如此，对于效率的提高，新型受体材料的制备仍然是至关重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以茚并[1,2-b]芴为核的A-D-A型光伏小分子受体及制备方法，应用在太阳能器件中具有优异的光学、电化学和光伏性能。

本发明提供如下技术方案：

一种以茚并[1,2-b]芴为核的A-D-A型光伏小分子受体，其特征在于，所述A-D-A型光伏小分子受体的结构式为：

本发明提供的A-D-A型光伏小分子受体为以茚并[1,2-b]芴为中心给体单元、氟取代的3-(二氰基亚甲基)靛酮为封端受体单元、单硒吩或乙烯基硒吩作为π桥的溶液处理的小分子受体材料，其中，以单硒吩或乙烯基硒吩作为π桥的A-D-A型光伏小分子受体分别称为FICBF-Se和FICBF-SeVi。

本发明还提供了一种以茚并[1,2-b]芴为核的A-D-A型光伏小分子受体的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：

(1)在氮气保护下，将式Ⅰ和式Ⅱ所示化合物溶于混合溶剂A中，在钯类催化剂和碱性条件下搅拌回流，以四丁基溴化铵为底物，停止加热冷却到室温后，经后处理制得式Ⅲ所示化合物；