[发明专利]以3;4-二硫烷基噻吩为π桥的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3,4‑二硫烷基噻吩为π桥的光伏小分子受体，所述光伏小分子受体的结构式为：本发明公开的光伏小分子受体在600‑900nm范围内有较强的吸收，具有较低的HOMO和LUMO能级；应用在太阳能器件中作为活性层中的电子受体材料，可以进一步提高太阳能器件的光伏性能。本发明还公开了一种以3,4‑二硫烷基噻吩为π桥的光伏小分子受体的方法：将式Ⅰ和式Ⅱ所示化合物溶于有机溶剂中，在钯类催化剂条件下，加热搅拌回流，发生Stille偶联反应，经后处理去制得式Ⅲ所示化合物；将式Ⅲ所示化合物与式Ⅳ或式Ⅴ所示化合物溶于有机溶剂中，在催化剂作用下搅拌发生Knoevenagel缩合反应，经后处理制得终产物IDT2ST‑4F或IDT2ST‑4Cl。

技术领域

本发明涉及有机光伏小分子受体材料的技术领域，特别涉及一种以引达省并二噻吩为核、以3,4-二硫烷基噻吩为π桥的A-π-D-π-A型光伏小分子受体及其制备方法和应用。

背景技术

在过去的二十年里，有机太阳能电池得到了快速的发展和进步，这主要得益于众多新型有机光伏给体材料结构的不断更新和器件工艺的持续优化。过去很长时间内富勒烯衍生物(PC₆₁BM和PC₇₁BM)在有机光伏电池受体材料中占有主导地位，原因在于其拥有良好的电子传输能力以及易于和给体材料形成纳米尺度相分离等优点。不过，富勒烯衍生物作为受体材料也有着致命的缺陷，比如较窄的吸收光谱，能级不易调节，提纯困难，成本过高等，因此，新型非富勒烯受体材料的研究开发越来越受到科学家们的重视。

近年来，非富勒烯受体材料得到快速发展，成为有机光伏领域一个新的研究热点。非富勒烯有机小分子受体材料的优势十分明显，例如，在可见光-近红外波段的吸收较强，稳定性好，合成简单，能级容易调控。目前，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，能量转化效率(PCE)已经超过了13％。

在不同类型的非富勒烯受体中，含稠环芳核的受体-给体-受体(A-D-A)型或A-π-D-π-A型小分子受体材料表现出了优异的性能，包含一个富电子单元D作为供电子核以及两个吸电子较强的单元A作为端基，是一种调节吸收光谱和分子能级的有效策略。文献报道表明在苯环对位单键连接两个噻吩，然后分别通过sp³碳桥联形成平面性极强的刚性大共轭稠环结构，即引达省并二噻吩(IDT)结构是一个构筑非富勒烯小分子受体非常有效的单元。

因此，开发一种以引达省并二噻吩(IDT)为核的小分子受体材料是本领域的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以3,4-二硫烷基噻吩为π桥的光伏小分子受体，在600-900nm范围内有较强的吸收，具有较低的HOMO和LUMO能级；应用在太阳能器件中作为活性层中的电子受体材料，可以进一步提高太阳能器件的光伏性能。

本发明提供如下技术方案：

一种以3,4-二硫烷基噻吩为π桥的光伏小分子受体，所述光伏小分子受体的结构式为：

本发明提供的光伏小分子受体以3,4-二硫烷基噻吩为π桥、以IDT为核和以双氟取代的3-(二氰基亚甲基)靛酮(IC-F)或者双氯取代的3-(二氰基亚甲基)靛酮(IC-Cl)作为封端基团的A-π-D-π-A型光伏小分子受体。

在本发明提供的光伏小分子受体中：IDT单元的平面共轭结构有利于π电子的离域和电荷迁移率的提高，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。通过在给体和受体单元中引入π桥，可以有效增加分子的共轭长度，调节分子的能级。硫原子比氧原子半径大，具有较弱的给电子能力，分子间可以通过S…S弱相互作用力堆积更强，硫烷基链被广泛用于光伏材料的构建中。

本发明还公开了一种以3,4-二硫烷基噻吩为π桥的光伏小分子受体的方法，所述制备方法包括以下步骤：