[发明专利]一种基于苝酰亚胺的有机光伏材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种基于苝酰亚胺的有机光伏材料及其制备方法与应用。该有机光伏材料以苝酰亚胺作为基本构筑单元，通过碳氮双键连接不同共轭基团而构成。该有机光伏材料通过氨基苝酰亚胺与单醛基共轭基团或者双醛基共轭基团通过席夫碱反应缩合制备得到，该合成方法原料易得、成本低廉、易于纯化，有望成为商业化的有机光伏材料。所得的有机光伏材料具备良好的热稳定性、电学稳定性以及可溶液加工的性能，可应用于制备二元、多元或者叠层等有机太阳能电池器件。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种基于苝酰亚胺的有机光伏材料及其制备方法与应用。

背景技术

有机太阳能电池(OSC)可以通过绿色低成本印刷技术制备大面积柔性薄膜电池模块，展现出巨大的发展潜力。过去的二十年，有机太阳能电池电子给体材料和富勒烯基电子受体材料取得了显著进展。但是，富勒烯基电子受体材料本身的缺点限制了有机太阳能电池光电转换效率的进一步提升，例如可见光谱区域中的光吸收弱、能级调节受限、合成成本高以及共混膜中的形态稳定性差等。近年来，非富勒烯电子受体材料的开发受到了广泛关注，由于其可实现更宽的光谱吸收、具有优异的化学和光稳定性以及与电子给体更好的相容性等，使得基于非富勒烯电子受体材料的有机太阳能电池器件获得了更高的光电转换效率。

在非富勒烯电子受体材料体系中，苝酰亚胺(PDI)衍生物由于其良好的电子接受能力、高的电子迁移率、特别是分子结构的易修饰特性等，得到广泛研究。然而，其光电转换效率仍落后于富勒烯基电子受体材料。这主要是因为PDI的电子受体由于其较强的π-π堆积倾向通常易于在活性层中以大尺寸聚集，抑制了电子给体的电荷分离。由于激子的扩散长度通常仅为5-20nm，因此中等微观相分离对于有机太阳能电池实现高的光电转换效率起着至关重要的作用。此外，较大的聚集体促进了准分子形成，这会形成激子，从而限制PDI中的扩散长度并导致光诱导激子的损失，从而极大限制了有机太阳能电池器件光电转换效率的提高。另外一方面，有机太阳能电池的推广应用，还涉及到材料的合成方法和成本问题。为了更好地推动有机太阳能电池技术的实用化进程，从材料合成角度出发，如何优化分子结构、简化合成步骤、大幅降低了材料合成成本，将会更有利于有机太阳能电池技术的低成本化和商业化推广。

发明内容

技术问题：本发明提供一种基于苝酰亚胺的有机光伏材料及其制备方法与应用，以解决目前非富勒烯电子受体材料稳定性差、光吸收效果不理想、材料制备方法复杂、成本高等问题，克服非富勒烯电子受体材料性能难以有效调控等难题。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于苝酰亚胺的有机光伏材料，该材料以苝酰亚胺作为基本构筑单元，通过碳氮双键连接不同共轭基团而构成，具有如下式I或式II所示的通式结构：

其中，Ar为共轭结构芳香基团；R为C₁～C₁₀的烷基链、C₁～C₁₀烷氧基链、C₅～C₃₀环烷基、C₂～C₃₀杂烷基链中的一种；N是氮原子；O为氧原子。

所述的Ar单元，选自下式结构中的一种：

其中，*为连接位置，R为C₁～C₁₀的烷基链、C₁～C₁₀烷氧基链、C₅～C₃₀环烷基、或C₂～C₃₀杂烷基链中的一种；O是氧原子；N是氮原子；S是硫原子。

同时，本发明提供一种如上所述的基于苝酰亚胺的有机光伏材料的制备方法，结构为式I的有机光伏材料，其制备方法包括以下步骤：