[发明专利]一种含噻吡嗪基的电子给体材料及其制备方法和有机太阳能电池器件

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料领域，尤其涉及一种含噻吡嗪基的电子给体材料及其制备方法。本发明还涉及一种使用该含噻吡嗪基的电子给体材料作为活化层的电子给体材料的有机太阳能电池器件。

背景技术

本体异质结太阳能电池因为其低成本，重量轻，制备工艺简单和可制备成大面积柔性器件等优点而引起广泛关注。基于共轭聚合物给体，富勒烯衍生物受体的聚合物太阳能电池的最高能量转换效率达到了9.2%。虽然可溶液加工的有机小分子太阳能电池的最高能量转换效率仍然低于相应的聚合物，但是其明确的分子结构，确定的分子量和高纯度等优点使得基于小分子的有机太阳能电池成为新的研究热点。

目前，基于可溶液加工的有机小分子太阳能电池的光电转换效率已经超过了6%。但相对于有机聚合物太阳能电池而言，有机小分子太阳能电池仍然存在很多不足之处。其中，吸收光谱与太阳光不匹配是首要的因素。而且给受体结构的有机共轭分子由于可以通过引入不同的给受体基团，来调节分子的共平面性、分子内电荷转移强度，从而调节分子的吸收性质、能级结构以及载流子迁移率等，因而成为一类极具发展潜力的有机小分子太阳能电池材料。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种光转换效率和载流子迁移率较高的含噻吡嗪基的电子给体材料。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种含噻吡嗪基的电子给体材料，即给受体有机共轭分子（TPz），其结构通式如下：

即4,4'-(5,5'-(2,3-二(4-(烷氧基)苯基)噻[3,4-b]吡嗪-5,7-二基)二(噻吩-5,2-二基))二(N,N-二苯基胺)；式中，R为C₁～C₂₀的烷基；

本发明实施例的另一目的在于提供一种含噻吡嗪基的电子给体材料的制备方法，包括如下步骤:

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

A：即5,7-二(5-溴噻吩-2-基)-2,3-二(4-(烷氧基)苯基)噻[3,4-b]吡嗪；

B：即N,N-二苯基-4-频哪醇硼酸酯苯胺；

在无氧环境（优选氩气、氮气中的至少一种气体组成的无氧环境）下，将摩尔比为1:2～2.4的化合物A和B添加入含有催化剂和碱溶液的有机溶剂中溶解后，于70～130℃下进行Suzuki耦合反应12～48小时，降温后停止聚合反应，经分离提纯反应液，得到如下结构通式的所述含噻吡嗪基的电子给体材料：

式中，R为C₁～C₂₀的烷基。

其中，所述催化剂为所述催化剂为双三苯基膦二氯化钯，四三苯基膦钯；或者

所述催化剂为摩尔比为1:4～8的醋酸钯与三邻甲苯基膦混合物，或者摩尔比为1:4～8的三二氩苄基丙酮二钯与2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯混合物；

所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

所述碱溶液选自碳酸钠溶液、碳酸钾溶液及碳酸氢钠溶液中的至少一种，所述碱溶液中，碱溶质与化合物A的摩尔比为20:1。

在优选的实施例中，有机溶剂选自溶剂为甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

在优选的实施例中，Suzuki耦合反应温度为90～120℃下、反应时间为24～36小时。

在优选的实施例中，分离提纯反应液包括步骤：

反应停止后，用二氯甲烷萃取反应液多次，得到有机相并合并有机相；然后用无水硫酸镁干燥后旋干有机相，得到粗产物；粗产物采用体积比为10:1的石油醚与乙酸乙酯为淋洗液，经硅胶层析柱分离得到晶体粉末，收集晶体粉末并在真空下50℃干燥24h后，得到所述含噻吡嗪基的电子给体材料。

本发明还提供一种有机太阳能电池器件，其活化层的电子给体材料为如下结构式的含噻吡嗪基的电子给体材料：

式中，R为C₁～C₂₀的烷基。

本发明的含噻吡嗪基的电子给体材料，属于给受体有机共轭分子（TPz），具有较低的HOMO能级、窄带隙、高迁移率、较宽的吸收范围，将该含噻吡嗪基的电子给体材料用于制备太阳能电池，可以获得高的开路电压和光电转换效率。

上述含噻吡嗪基的电子给体材料的制备方法，采用了较简单的合成路线，从而减少工艺流程，原材料价廉易得，使得制造成本降低，容易重复，有利于器件工业化批量生产。

附图说明