[发明专利]一种基于二噻吩苯并二噻吩给体核的有机小分子光伏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种基于二噻吩苯并二噻吩给体核的有机小分子光伏材料及其制备方法和应用。本发明所述有机小分子光伏材料具有如式II所示的结构，该类分子以具有较长共轭平面的二噻吩苯并二噻吩为电子给体，罗丹宁为受体端基，噻吩或者并噻吩为π桥，此类有机小分子材料在多种有机溶剂中具有良好的溶解性，在制备有机光伏器件时易加工，易形成光滑的薄膜，合成方法简单，容易纯化，且具有良好的结晶性，相比于聚合物材料而言小分子具有明确的分子量，不存在分子量分布问题，合成批次对材料质量的影响较小。这类小分子用做太阳能电池的给体材料，能量转换效率超过14％。

技术领域

本发明属于光伏材料技术领域，涉及一种基于二噻吩苯并二噻吩给体核的有机小分子光伏材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，有机本体异质结太阳能电池由于其具有质轻、低成本、柔性和可溶液加工等优势而受到各界广泛关注((a)Li,Y.Molecular design of photovoltic materialsfor polymer solar cells:toward suitable electronic energy levels and broadabsorption.Acc.Chem.Res.2012,45,723-722.(b)Kaltenbrunner,M.et al. Ultrathinand lightweight organic solar cells with high flexibility.Nat.Commun.2012, 3,770.(c)Svensson,M.et al.High-performance polymer solar cells of analternating polyfluorene copolymer and a fullerene derivative.Adv.Mater.2003,15,988-991.)。以聚合物为给体材料的有机太阳能电池效率已经超过16％(Cui,Y.etal.Over 16％efficiency organic photovoltaic cells enable by a chlorinatedacceptor with increased open-circuit voltage.Nat.Commun.2019,10,2515.)，然而，聚合因合成批次的不同聚合物的光电转换性能也会发生变化。相比于聚合物给体，小分子给体材料具有确定的分子量、易提纯，且批次变化对性能的影响较小(Sun,Y.et al.Solution-processed small-molecular soalr cells with 6.7％efficiency.Nat.Mater. 2011,11,44.)。此外，提高材料的结晶性可以获得较高的相纯度，调节晶体的堆积取向可以有效改善载流子迁移率并且降低能量损失(Zhu L.et al.Aggregation-induced multilength scaled morphology enabling 11.76％efficiencyin all-polymer solar cells using printing fabrication.Adv.Mater.2019,0,1902899.)。

带有噻吩、并噻吩或者苯环的噻吩苯并二噻吩(DTBDT)作为一种常见的给电子单元，具有较长的共轭平面，相比于苯并二噻吩，可以有效提高材料的光电性能，例如，相对于以苯并二噻吩(BDT)为核的结构，其载流子迁移率、降低共轭骨架的构象无序性、提高分子的平面性，从而在薄膜状态下有效促进电子离域，相应地，在制备成薄膜器件后可以实现更强的结晶性更加有序的表面形貌((a)Cheon,Y.R.et al.DTBDT-TTPD:a newdithienobenzodithiophene-based small molecule for use in efficientphotovoltaic devices.J.Mater.Chem.A.2014,2,16443-16451.(b)Feng,H.et al.Aseries of dithienobenzodithiophene based small molecules for highly efficientorganic soalr cells.Sci.China Chem.2017,60,552-560.)。