[发明专利]具有光伏特性的三苯胺-二噻吩并茚衍生物

说明书

技术领域

本发明属于有机光伏材料领域，涉及一种含有三苯胺基团的二噻吩并茚衍生物，该化合物具有明显有机光伏特性，具有宽波段强吸收光谱带和明显的有机光伏特性。

背景技术

世界能源危机迫切需求发展低成本和低能耗的光/电转换材料，利用太阳光直接发电(太阳能电池)是开发新能源的重要途径。近年来，国家大力加强对太阳能转换材料的投入力度，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》中，将太阳能转换材料与技术列为国家今后重点发展方向之一，充分说明发展太阳能转换材料与技术符合国家重大行业应用和经济发展的迫切需求。传统的太阳电池材料主要有Si系列、GaAs系列、CdTe系列以及其它无机半导体材料，这些材料相对于有机半导体材料来说，生产成本高、材料提纯污染环境严重、器件制作加工难度大，这是遏制无机材料太阳能电池普及应用的一个瓶颈。

与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池具有超薄、重量轻、有机半导体材料分子和能级结构通过化学修饰可调、响应快、柔性、易加工成大面积柔性器件且价廉易得的优点。有机太阳能电池面临的关键问题是低效率和短寿命。

从材料角度来看，低效率的主要原因有两点：有机半导体材料吸收太阳光波段不宽，绝大部分材料最大吸收波段在350-650nm，而太阳光最大光子流在600-800nm，因此吸收光谱与太阳发射光谱不匹配，太阳光利用率低。目前，有许多有机半导体材料被研制，其中以并五苯、噻吩类、C₆₀和酞菁染料最具代表性，其中，(1)并五苯和齐聚噻吩这两类材料具有较窄的能隙和较高的HOMO轨道，在空气中易与氧气、水发生作用，因此以此类材料制得的有机光伏器件的稳定性不好(参见：Torsi L，Cioffi N，Franco C D，et al.Solid-StateElectrons，2001，45：1480；)；(2)C₆₀和酞菁染料的溶解性不好，影响其加工性能(参见：路胜利，刘宽，杨慕杰.高分子材料科学与工程，2005，21(4)：1-4；张云鹤，牛亚明，王贵宾等.2005年全国高分子学术论文报告，会议记录ID：6334854)；其次是这些材料的能隙宽度只对应太阳光谱的一部分，因而只能吸收一部分太阳光、不能有效地利用太阳能全光谱(参见：黎立桂鲁广昊杨小牛等.科学通报，2006，51(21)：2458-2468)。寻找光谱响应与太阳光相匹配的有机光敏材料就成为目前研究的一个热点和解决有机光伏电池转化效率低的一个突破口。

发明内容

本发明目的是提供一种具有光伏特性的三苯胺-二噻吩并茚衍生物。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有光伏特性的三苯胺-二噻吩并茚衍生物，所述三苯胺-二噻吩并茚衍生物的通式如下所示：

其中，D表示电子给体基团，具体地，D为以下基团的一种：

(1)含有1个三苯胺基团的乙烯基：

(2)含有3个三苯胺基团的乙烯基：

(3)含有1个三苯胺基团的苯乙烯基：

(4)含有1个三苯胺基团的苯乙烯基：

相对应的，所述三苯胺-二噻吩并茚衍生物的结构式如下所示：

(1)化合物A：

(2)化合物B：

(3)化合物C：

(4)化合物D：

上述技术方案中，三苯胺-二噻吩并茚衍生物以氟取代茚为分子“核”，具有拉电子性质(A)，茚环的4，5和6，7位分别与噻吩环稠合、硫原子邻位连接含有三苯胺基的电子给体(D)，构成“D’-A-D’”型共轭分子，其通式为：

进一步对上述技术方案中所述四种三苯胺-二噻吩并茚衍生物进行研究，发现：

(1)上述技术方案中所述四种三苯胺-二噻吩并茚衍生物具有宽波段强吸收光谱带，其分子在溶液和固态膜中的吸收光谱在200～850nm波段均有明显吸收，峰位分布在约200nm、约400nm和约700nm处(见图2，图3)，与太阳全光谱有着较好地重叠。

(2)上述技术方案中所述四种三苯胺-二噻吩并茚衍生物分子材料呈现明显的氟原子取代效应，使得化合物A、化合物B和化合物C表现出n-型半导体特征(见图4，5)，其HOMO能级约为4.0eV、LUMO能级约为5.6eV、带隙约为1.6eV。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：