[发明专利]二硝基蒽类化合物及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可用作有机/聚合物太阳能电池电子受体材料的化合物及其制备方法。具体地说，1,8-二羟基-4，5-二硝基-9,10-二氢蒽、1,8-二羟基-4，5-二硝基蒽、1,8-二烷氧基-4，5-二硝基蒽化合物及其制备方法。

背景技术：

在我国，光伏电池行业已成为国家重点扶持的清洁能源产业。然而，与传统能源相比，光伏电池还不具有价格优势。因此，设计合成有机/聚合物光伏电池材料，开发成本低廉的有机/聚合物光伏电池具有现实的意义。

相对于硅光伏电池和染料敏化光伏电池，有机/聚合物光伏电池具有成本低、重量轻、体积小、易加工、柔韧性好、适宜加工成大面积的平板器件的特点。提高光电转换率的关键问题之一是设计并合成性能优良的有机/聚合物材料。

一般情况，光伏电池的光电转化效率可用下列公式估算：

V_oc 是开路电压，I_sc 是短路电流，FF 是填充因子, P_in入射光强度. I_mpp和 V_mpp 是在最大能量点的电流和电压。

因此，理想的有机/聚合物光伏电池应具有高开路电压和高短路电流。

开路电压（V_oc）主要由p组分材料的HOMO能级和n型材料（例如：PCBM）的LUMO能级等因素决定。常见的光伏电池的V_oc介于0.4 V～1.0 V。这方面的研究较成熟。光伏电池的短路电流（I_sc）差异很大（0.05 mA/cm²～20 mA/cm²），影响因素很多，主要包括：（1）光敏层对太阳能的吸收产生激子的效率；（2）激子扩散到电子给体和电子受体界面的扩散效率；（3）激子分离成为自由电子和空穴的效率；（4）电荷传输到电极的收集效率。电荷传递效率和电荷收集效率易控制，都能够达到100％，光敏层对光电吸收率通过所设计聚合物的共轭情况和取代基团调节。因此，影响光伏电池光电转化率的关键问题是激子的扩散效率。激子扩散效率取决于激子在光敏层尤其是在给体聚合物中的扩散长度，所以减低激子扩散到电子给体和电子受体的界面的距离，是提高光伏电池的短路电流的途径之一。

高光电转化率的有机/聚合物光伏电池需要提高光伏电池的短路电流，提高光伏电池的短路电流需要与电子给体材料相匹配的高效的电子受体(Acceptor)材料。目前，有机/聚合物光伏电池受体主要是C60和C70衍生物。最普遍使用的材料是加州大学圣芭芭拉分校的Wudl教授研究组设计合成的C60衍生物PCBM（[6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester）。（Hummelen, J. C.; Knight, B. W.; LePeq, F.; Wudl, F. J. Org. Chem. 1995, 60, 532 - 538.  Yang, C.; Cho, S.; Heeger, A. J.; Wudl, F.  Angew. Chem. Int. Ed.2009, 48(9), 1592 - 1595.）对于平面大π共轭的电子给体材料化合物（例如：TBP (Tetrabenzylporphrine)）来说，PCBM具有两大缺点：1.PCBM的最低空轨道能级太低(-4.1 eV)；2.组成的光伏电池短路电流偏低。因此，研发性质优良的电子受体材料，特别是与平面大π共轭的电子给体材料化合物相匹配的平面π共轭化合物作为电子受体材料将有力推动这类光伏电池的光电转换率的提高。（ F. G. Brunetti, et al. Angew. Chem. Int. Ed.2010, 49, 532 –536.）

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