[发明专利]五元杂环衍生物桥联的苝二酰亚胺二聚体、其制备方法及其在有机光伏器件中的应用

说明书

技术领域

本发明属于有机光伏材料领域，涉及一种1,1′-二烷氧基取代的不对称苝二酰亚胺二聚体，其制备方法及其在有机光伏材料领域的应用。

背景技术

太阳能是一种绿色、环保的可再生能源，它的转化与应用是解决能源危机的重要战略途径之一。与硅基和无机半导体光伏材料的高效光电转换效率（20-30%）相比，聚合物光伏材料的转化效率还较低，仅为6-8%左右。

传统的聚合物光伏材料以聚(3-己基-噻吩)（简称P3HT，式a）为电子给体材料、富勒烯衍生物（[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester，简称PC61BM或PC60BM和[6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester，简称PC71BM或PC70BM）为电子受体材料。PC61BM（PC71BM）虽然可以产生长寿命的电荷分离态（μs级）（N.S.Sariciftci,et al,Science1992,258,1474-1476），但是，它在可见区（>350nm）的吸收很弱，因此，寻找在可见区具有强吸收并可用于光电转换的电子受体材料一直是有机太阳能电池领域的研究热点。

苝二酰亚胺（式b）是一类在可见区具有强吸收的n-型有机半导体材料，它的吸收峰位与1,6,7,12-位上的取代基的性质密切相关，随取代基的种类不同而变化，一般位于500-600nm之间，其摩尔消光系数在10⁴M^-1.cm^-1数量级（C.L.Zhan,A.D.Q.Li,Curr.Org.Chem.,2011,15(9),1314-1339）。但是它的溶解度和成膜性均很差，限制了在光伏材料领域的应用。

少数研究结果表明：式c的分子和式d的分子与P3HT混合，通过溶液加工的方式制备得到的电池器件的转换效率在0.2-0.5%左右(W.S.Shin,et al,J.Mater.Chem.,2006,16,384–390；V.Kamm,et al,Adv.Energy Mater.2011,1,297–302)。

最近有报道指出，苝二酰亚胺与并三噻吩、苯乙烯、芴等电子给体单元的共聚物可以做为聚合物太阳电池的电子受体材料，与P3HT组合，通过旋涂成膜制备的聚合物太阳电池的转换效率在0.1%-0.3%数量级(X.W.Zhan,et al,J.Am.Chem.Soc.2007,129,7246；Z.A.Tan,et al,Appl.Phys.Lett.2008,93,073309;L.J.Huo,et al,Macromol.Rapid Commun.2008,29,1444;X.W.Zhan,et al,J.Mater.Chem.2009,19,5794;J.A.Mikroyannidis,et al,J.Phys.Chem.C2009,113,7904;e)E.J.Zhou,et al,J.Mater.Chem.2010,20,2362；E.J.Zhou,et al，Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,2799-2803)。

（式a）

（式b）

（式c）

（式d）

发明内容

本发明的目的是提供一种1,1′-二烷氧基取代的不对称苝二酰亚胺二聚体、其制备方法及其在有机光伏材料领域内的应用。本发明通过如下技术方案实现：

一种1,1′-二取代的不对称苝二酰亚胺二聚体，其结构如式I所示：

（式I）

其中，

R和R′各自独立地选自C_mH_2m+1(m=1-20，优选1-10，更优选2-8)的烷基或者结构为(C₂H₄O)_nCH₃(n=1-5)的寡聚乙二醇，

X选自芳基，杂芳基，R₃取代的芳基，R₄取代的杂芳基，

p选自1-10，优选2-8，更优选3-6的整数，

R₃和R₄选自1-10个碳原子的烷基。