[发明专利]一种有机光伏材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种有机光伏材料及其制备方法和应用，该材料以3‑(二氰基亚甲基)‑2,3‑二氢苯并噻吩‑1,1‑二氧化物(DTM)为端基，一种或多种给体单元作为桥连骨架，具有如式I所示的结构通式： 其中，D和D1为共轭结构体系桥连单元。本发明的材料具有制备简单、反应过程容易于控制、易于分离纯化、能级和光谱易于调节等特点。而且该类材料还表现出良好的热稳定性、成膜稳定性和较高的电子、空穴迁移率，通过该材料制备的光伏器件具有较高的光电转化效率，在光伏技术领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种有机光伏材料及其制备方法与应用。

背景技术

有机光伏器件是以有机半导体作为实现光电转换的活性材料制备的光电转换器件。与无机光伏器件相比，它具有成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等优点，具有广阔的发展和应用前景，已成为当今新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。近年来，基于聚合物或者小分子的有机光伏器件的光电转换效率已经突破16％，这显示出有机光伏器件的巨大应用前景。其中聚合物材料由于自身的一些特点限制了有机光伏材料进一步的发展，例如分子量分布的多分散性、批次间重复性差、纯化难等问题。相比较而言，高性能非富勒烯小分子电子受体材料在过去几年中在有机光伏领域受到了特别的关注。与常规聚合物材料体系相比，它们具有能级可调、摩尔吸光系数高、开路电压损失小、热稳定性和光物理稳定性高等优点。

目前，已经商业化的无机硅太阳能电池的光电转换效率高达25％以上，这主要得益于它具有覆盖1100nm以下整个区域的宽光学吸收带。近年来，富勒烯衍生物作为电子受体材料受到了广泛关注和研究，但是它的光谱吸收也主要集中在500-600nm区域而且难以调节其光谱和能级等，其进一步发展受到了很大限制。因此，设计开发宽光谱吸收(>800nm)的窄带隙电子受体材料，对于进一步提升有机光伏器件的光电转换效率至关重要。

发明内容

针对现有电子受体材料的不足，本发明的目的是提供一种有机光伏材料及其制备方法与应用，该材料作为电子受体材料的应用，能够解决目前光谱覆盖在近红外区域较少等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种有机光伏材料，该材料以3-(二氰基亚甲基)-2,3-二氢苯并噻吩-1,1-二氧化物(DTM)为端基，一种或多种给体单元作为桥连骨架，具有如式I所示的结构通式：

其中，D和D1为共轭结构体系桥连单元。

所述的D和D1各自独立选自下式结构中的一种：

其中，*为连接位置；R为C1～C30的烷基、烷氧基、噻吩烷基、苯环烷基、噻吩烷氧基或苯环烷氧基链；m和n为0～10的自然数。

所述的R为C1～C12的烷基、烷氧基、噻吩烷基、苯环烷基、噻吩烷氧基或苯环烷氧基链。

所述的m和n为0～4的自然数。

一种有机光伏材料的制备方法，其合成路线为：

合成步骤为：将前驱体A和3-(二氰基亚甲基)-2,3-二氢苯并噻吩-1,1-二氧化物(DTM)B加入反应容器中，抽换氮气后依次加入溶剂，进行反应，反应结束后冷却至室温，经萃取和纯化得到反应产物I。

所述的溶剂为氯仿或者乙醇，其用量为：每500mg化合物B加入乙醇或者氯仿15～25mL。

在反应容器中加入碱，所述的碱为哌啶或三乙胺，碱与化合物B的摩尔比为0～10。