[发明专利]一种芴基有机光伏材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种芴基有机光伏材料及其制备方法与应用。该芴基有机光伏材料以烷基芴为中心核，烷基噻吩为共轭桥连单元，通过强吸电子基团为端基封端而构成。该芴基有机光伏材料表现出较强的吸光度、良好的热稳定性和较高的电子、空穴迁移率；采用该材料制备的有机光伏器件具有较高的光电转化效率，在光伏领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种芴基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(OPV)是一种将光转化为电的新型薄膜太阳能电池技术。近年来，研究工作者开发了大量的共轭聚合物和小分子结构材料，使得有机太阳能电池器件光电转换效率取得了显著进步。与富勒烯衍生物相比，非富勒烯电子受体材料具有一些独特的优势，例如，化学结构以及能级可调、在太阳光谱范围内有很好的吸收、薄膜形貌易于调控和稳定性高等，这些独特优势都有利于实现高效稳定的有机光伏器件。

对于高性能的非富勒烯本体异质结太阳能电池器件来说，稠环电子受体材料被认为是取代富勒烯及其衍生物作为电子受体材料的一种非常具有吸引力的技术方案。为了进一步提高光电转换效率，主要通过拓宽光学吸收光谱或能级调控来提高光伏转换效率，包括以下两种策略：(1)改变给电子体系的分子骨架，如采用具有给电子能力的结构单元取代烷基链；(2)变换各种不同的末端强拉电子基团来修饰设计新的电子受体。我们从简化分子结构设计并提高材料的光电转换效率为出发点，利用原材料来源广泛、构筑单元简单易得等优势致力于开发出高效廉价的非富勒烯电子受体材料。该材料的制备成本相较于富勒烯电子受体材料具有显著优势，将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：本发明提供一种廉价易得的芴基有机光伏材料及其制备方法，以重点解决有机光伏材料体系复杂、合成成本高等问题，并显著提高有机光伏器件的光电转换效率，克服现有技术中存在的不足。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明以下技术方案：

本发明提供一种芴基有机光伏材料，该材料以烷基芴为中心核，烷基噻吩为共轭桥连单元，强吸电子基团为端基，具有如下式I所示的通式结构：

其中，n₁为芴单元的数量，n₂和n₃为噻吩单元的数量，n₁、n₂和n₃为0～10的自然数；端基A为强吸电子基团；R₁、R₂、R₃、R₄各自独立的为氢原子、C₁～C₃₀的烷基链、C₁～C₃₀烷氧基链、C₅～C₃₀环烷基或者C₂～C₃₀杂烷基链中的一种；R₃、R₄同时为氢原子除外；S是硫原子。

所述的端基A选自以下基团A1-A16中的一种：

其中，*为连接位置；C是碳原子；H是氢原子；O是氧原子；N是氮原子；F是氟原子；Cl是氯原子。

所述的n₁、n₂、n₃为芴和噻吩单元的数量，优选n＝1,2；所述的R₁、R₂、R₃、R₄各自独立的为氢原子、C₁～C₁₀的直链烷基、C₁～C₁₀支链烷基中的一种，C₅～C₁₀环烷基链中的一种，R₃、R₄同时为氢原子除外。