[发明专利]一种醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料及其制备方法和应用。所述醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料，其化学结构式如式(I)所示。本发明提供了一种全新的基于醚为核心的苝二酰亚胺的小分子。通过将醚类的空间结构与缺电子的苝二酰亚胺有机结合，设计合成得到基于醚为核心的苝二酰亚胺的小分子，由于苝二酰亚胺的吸电子性和较高的电子迁移率，有利于电荷的传输，提高迁移率，对阻止传输过程中的载流子复合非常有效，并且醚类分子的空间三维结构有利于其对光子的充分吸收和电荷在界面层的分离，所以本发明的基于醚类苝二酰亚胺小分子适合应用于有机太阳能电池，具有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及光伏受体材料技术领域，更具体地，涉及一种醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机半导体由于其良好的光学及电学性能，已经成为电子学研究的重要内容，用它们制成的器件与传统的无机半导体器件相比，具有如下几个优点：低成本、柔性好、重量轻和可大面积制备等。基于这些优点，人们对有机电子学的研究抱有极大的兴趣。

有机半导体器件主要有机太阳能电池、有机发光二极管和有机场效应晶体管等。近年来，有机太阳能电池的研究发展非常迅猛，为使材料的吸收光谱与太阳所发射的光谱相匹配，实现较高的光电转换效率，人们通过研究分析已经设计合成出了大量的太阳能电池材料，包括电子给体材料、电子受体材料。其中电子受体材料分为富勒烯材料和非富勒烯材料，其中富勒烯受体材料占据主导地位，其光伏器件的光电转换效率较高，但是由于其成本高，难纯化，吸收范围有限。所以越来越多的非富勒烯受体材料得到开发。

苝二酰亚胺(PDI)类材料是一类研究较多的非富勒烯电子受体材料，例如中国专利CN107793444A、CN113354639A、CN110143976A等均公开了苝二酰亚胺基非富勒烯有机太阳能电池，然而现有PDI普遍存在如下缺点：(1)苝酰亚胺分子之间相互作用比较强，也就是说分子间堆积很容易发生。(2)激子传输困难，这是因为给受体材料之间容易发生大的相分离。因此，需要对苝二酰亚胺类电子受体材料进行进一步的合成改造。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料。

本发明的第二个目的在于提供所述醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料。

本发明的第三个目的在于提供所述醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料的应用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

一种醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料，其化学结构式如下所示：

所述R为烷烃基。

本发明通过将醚类的空间结构与缺电子的苝二酰亚胺有机结合，设计合成得到基于醚为核心的苝二酰亚胺的小分子，由于苝二酰亚胺的吸电子性和较高的电子迁移率，有利于电荷的传输，提高迁移率，对阻止传输过程中的载流子复合非常有效，并且醚类分子的空间三维结构有利于其对光子的充分吸收和电荷在界面层的分离，所以该醚类苝二酰亚胺小分子适合应用于有机太阳能电池。

优选地，所述R为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基中任意一种。

本发明还提供所述醚类结构为核心的苝二酰亚胺电子受体材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.在惰性气体保护下，将二烷基酮、醋酸胺、氰基硼氢化钠置于反应容器中，加入甲醇，室温反应后，调节pH至9.5～10.5，萃取，得到淡黄色液体，即化合物1，其反应过程如下所示：