[发明专利]一类基于吡嗪吲哚末端受体的D(π-A)2

说明书

本发明属于有机小分子太阳能电池领域，特别涉及一类基于吡嗪吲哚末端电子受体的D(π‑A)₂型小分子给体材料及制备方法和应用。其中，D(π‑A)₂型小分子的给电子(D)单元为3,6‑双‑(辛硫基)噻吩并噻吩(TT)，π桥单元为烷基化、氧烷基化或硫烷基化噻吩或硒酚，吸电子(A)单元为新型的吡嗪吲哚类衍生物，这类小分子给体材料应用于溶液加工型小分子太阳能电池。以PC₇₁BM为受体，其本体异质结太阳能电池的能量转化效率达到了7.31％。本发明实现了基于吡嗪吲哚衍生物末端受体单元构筑的小分子给体材料在小分子太阳能电池中的高效能量转换。

技术领域

本发明属于有机小分子太阳能电池领域，特别涉及一类基于吡嗪吲哚末端受体的D(π-A)₂型小分子给体材料及制备方法，以及该材料在有机光电技术领域的应用。

背景技术

有机太阳能电池因其价廉、质轻和大面积制备等优点已成为有机光伏领域研究的热点。作为吸收太阳光转换为电能的光敏活性层中的有机小分子给体材料，由于其具有纯化简单、单分散性、明确的结构、易于修饰和良好的批次再现性等突出优点，具有较大的市场应用前景。

然而，针对有机小分子太阳能电池材料仍然存在吸收光谱窄、载流子迁移率低、效率不高和稳定性较差等问题，需要开发新型的高性能小分子给体材料。

自1995年Alan J.Heeger课题组俞刚等人，提出本体异质结(BHJ)的概念以来，由于有机太阳能电池具有材料易制备、柔性及成膜性好，低成本、可溶液加工处理、器件制备工艺简单，器件可大面积制造、环境友好和轻便易携带等优点；因此，有机太阳能电池在科学研究者的努力下其光电转换效率得到了突飞猛进的发展。在本体异质结有机太阳能电池中，光活性层材料是构筑高效率器件的关键所在，根据活性层中给体材料种类的不同可分为小分子有机太阳能电池和聚合物有机太阳能电池，根据活性层中受体种类的不同可分为富勒烯太阳能电池和非富勒烯太阳能电池。当前有机小分子太阳能电池主要分为有机小分子受体材料和有机小分子给体材料。近年来，相比于小分子受体材料的蓬勃发展，小分子给体材料的发展相对滞后，新型的材料种类较少。因此，开发结构简单、高效、高迁移率和宽吸收的小分子给体材料，对有机太阳能电池领域的发展具有重大意义。

发明内容

针对当前简单、高效的小分子给体材料种类少，器件工艺复杂、合成繁琐，发明了一类新型的含吡嗪吲哚衍生物末端受体(A)单元的D(π-A)₂型共轭小分子给体材料。该类材料的分子构筑特点是以含吡嗪吲哚衍生物为吸电子单元(A)，噻吩为π桥，3,6-双-(辛硫基)噻吩并噻吩(TT)为给电子单元(D)。利用这类D(π-A)₂小分子给体材料和富勒烯受体材料，在溶液加工条件下制备小分子富勒烯太阳能电池器件，实现了简单、高效、低成本和高迁移率的小分子给体材料在OSCs 器件中高的光电效率转换。

本发明提供的新型小分子给体材料，通过简单的溶液加工获得了高效的有机太阳能电池。该类材料在300-650nm范围内具有强而宽的吸收，具有较低的最高占领分子轨道能级(HOMO)。通过与富勒烯(PC₇₁BM)共混，溶液加工制备 OSCs光伏器件，获得了较高的光电转换效率(PCE)和开路电压(V_oc)。

这类D(π-A)₂型小分子给体材料具有下式所示的分子结构；

其中，末端受体A为以下缺电子单元：

R₁独立地选自C₄～C₈直链烷基中的一种；

桥联单元π单元为以下分子结构中的一种：