[发明专利]含有醌式Methyl-Dioxocyano-Pyridine单元的窄带隙寡聚物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于有机光伏材料领域，涉及一种含有醌式Methyl-Dioxocyano-Pyridine单元的窄带隙寡聚物及其制备方法与应用。

背景技术

伴随着经济的飞速发展，环境问题和能源危机日益突出。有机太阳能电池作为利用太阳能的一种有效手段，得到了广泛的研究。小分子太阳能电池以其精确的分子结构，可重复性，易纯化的优点吸引了越来越多的关注。传统的富勒烯基的太阳能电池，主要靠给体材料吸收可见以及近红外区域的光子，这是因为富勒烯衍生物([6,6]-phenyl-C₆₁-butyricacidmethylester，简称PC₆₁BM和[6,6]-phenyl-C₇₁-butyricacidmethylester，简称PC₇₁BM)的吸收主要集中于紫外可见区域。而在太阳光谱中，超过50％的太阳光子分布在波长600-1000nm处，其中光子流最强的波长范围是600-800nm。为了尽可能多的捕获这部分太阳光，有必要发展在可见光，近红外甚至红外区具有强吸收的窄带隙(<1.6eV，即吸收带边>800nm)分子。

目前，donor-π-acceptor，即D-π-A概念，是最常用的构筑窄带隙材料的方法。此方法多数情况下是通过一个共轭的π桥，连接一个给电子单元和一个吸电子单元。已经广泛使用的给电子单元包括寡聚噻吩(式1)，苯并二噻吩(简称BDT，式2)，硅咯(式3)等(P.etal.Adv.Mater.2006,18,2872；X.Feng,etal.J.Mater.Chem.2011,21,17590；L.Dai,etal.Adv.Mater.2011,23,4554；J.Hou,etal.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,9697；A.J.Heeger,etal.Sci.Rep.2013,3,01965)。受体单元包括吡咯并吡咯二酮(简称DPP，式4)，苯并二噻唑(简称BT，式5)，氟硼二吡咯(简称BODIPY，式6)等(R.A.Janssen,etal.J.Am.Chem.Soc.2013,135,18942；G.C.Bazan,etal.ACSnano2013,7,4569-4577；C.L.Zhan,etal.ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,22496.)。在目前报道的给体材料中，DPP基的材料的薄膜吸收拓展到700-750nm(T.J.Marks,etal.,J.Am.Chem.Soc.2011,133,8142.)，硅咯基的A-D-A型的材料吸收超过800nm(A.J.Heeger,etal.Sci.Rep.2013,3,01965.)。有趣的是，两个α-位置π拓展的BODIPY的给体材料的吸收带边可以延长至900nm(C.L.Zhan,etal.ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,22496.)。

BDT单元作为一个优秀的给电子单元，已经在给体材料的设计中得到了广泛的应用。例如，利用其作为给电子单元，DPP作为吸电子单元构筑的分子DPP-BDT-DPP的器件效率可以接近6％，这也是目前DPP基小分子中最高的效率(C.L.Zhan,etal.ACSAppl.Mater.Interfaces2013,5,2033；X.W.Zhan,etal.Adv.EnergyMater.2013,3,1166；C.L.Zhan,etal.Adv.EnergyMater.2015,DOI:10.1002/aenm.201500059.)。另外，研究表明BDT作为中间的给体单元，绕丹宁分子作为两端的吸电子单元，两者通过三联噻吩作为共轭桥连接得到的分子，其薄膜吸收的带边在700nm左右(Y.Chen,etal.J.Am.Chem.Soc.2013,135,8484.)。当利用茚满二酮作为吸电子单元替代绕丹宁单元，连二噻吩作为共轭桥，得到的分子的薄膜吸收的带边可以红移至750nm(Y.Li,etal.Chem.Mater.2013,25,2274.)。