[发明专利]一种D(A-Ar)n型化合物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种D(A-Ar)_n型化合物及其应用，属于有机小分子光伏领域。

背景技术

在煤、石油、天然气等不可再生能源日益枯竭的背景下，开发具有安全、无污染、易获得的新能源，已经成为当今世界各国可持续发展的当务之急。由于太阳能是取之不尽，用之不竭的、具有安全，无污染，利用成本低，且不受地理条件限制等优点的绿色能源，因此，开发和利用太阳能是世界各国发展的重大战略。其中，将太阳能转换成电能的太阳能电池是近年各国太阳能开发与应用的重点支持方向。通过政策优先支持，欧美、日本、韩国等许多国家一直在不断创新与发展太阳能电池新材料、新技术和新工艺，以抢占太阳能电池的市场先机。目前主要使用的太阳能电池是以硅和稀有金属合金为活性材料的无机太阳能电池。虽然，硅基太阳电池已实现了商品化,世界上接近90%的太阳能电池是用高纯度的硅制成。但是，由于其活性材料生产过程工艺复杂、能耗高、污染大，致使硅基太阳电池的价格比石油能源高大约3～4倍，这就限制了它的广泛应用。为了降低产品成本、克服无机太阳能电池的不足，人们将目光转向了有机太阳能电池。与无机太阳电池相比，有机太阳能电池突出表现了三个方面的优点：(1)有机材料制备成本低,功能和结构易于调制,柔韧性及成膜性好;(2)可低温操作，加工过程相对简单，器件制作成本低；(3)可实现大面积制造柔性器件、轻便易携。因此，有机太阳能电池具有广阔的发展和应用前景，已成为当今新材料和新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。

目前，有机太阳能电池主要包括本体异质结有机/聚合物太阳能电池(BHJ-OSC/BHJ-PSC)和染料敏化太阳能电池（DSSC）两大研究阵线。其中，基于聚合物电池材料的串联式BHJ-PSC的能量转换效率（PCE）达到了10.6%，基于有机小分子的BHJ-OSC的PCE=8.12%,DSSC的PCE=12.3%。由于BHJ-OSC与DSSC相比，不需要氧化还原电解质，生产工艺更简单、器件更趋稳定。有机小分子光伏材料，与聚合物光伏材料相比，具有(1)分子易合成和纯化；(2)分子有确切的结构；(3)分子易自组装成有序单元，载流子迁移率高；(4)其太阳能电池的性能重现性好等优点，因此，BHJ-OSC具有很大的发展潜力，近年已成为有机太阳能电池研究的新增长点。

发明内容

本发明针对现有技术中有机太阳能电池存在有机小分子供体材料品种少，器件的能量转换效率偏低等问题，目的是在于提供一种成膜性好，且具有较高光电转换效率的新型D(A-Ar)_n型有机化合物，该有机化合物拓宽了有机太阳能电池材料的选择范围。

本发明的另一个目的在于提供一种如上所述的D(A-Ar)_n型化合物的应用，该化合物作为供体材料应用于制备有机太阳能电池的光活化层，制备的太阳能电池具有较高能量转换效率。

本发明提供了一种D(A-Ar)_n型化合物，该化合物具有式1、式2或式3结构：

D₁—A₁—Ar₁

式1

Ar₂—A₂—D₂—A₂—Ar₂

式2

式3

其中，

D₁为取代基团；

D₂为取代基团；

D₃为取代基团；

A₁、A₂和A₃各自独立地选自取代基团中一种；

Ar₁、Ar₂和Ar₃各自独立地选自取代基团中一种；

R₁、R₂、R₃和R₄各自独立地选自C₈～C₁₆烷基中一种；

a表示连接键。

优选的D(A-Ar)_n型化合物，R₁、R₂、R₃和R₄各自独立地选自C₈～C₁₂烷基中一种。