[发明专利]聚合物太阳能电池共混活性层中的共轭小分子电子受体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物太阳能电池共混活性层中的共轭小分子受体材料及其制备方法，该受体材料以七并稠环单元为核，末端为拉电子单元的A‑D‑A共轭小分子。本发明方法合成步骤温和简易，合成原料廉价易得，整体制备成本便宜；所发明的材料具有良好的溶解性和成膜性；紫外‑可见光吸收光谱表明该受体材料的光学带隙适中（1.6~1.7 eV），在600~750nm有良好的可见光吸收；拥有适中的LUMO能级(‑3.93eV)；以ITCT为受体材料的有机太阳能电池展现出极高的光电转化效率（10.28%），在高效非富勒烯太阳能电池中拥有巨大的潜力。

技术领域

本发明涉及一种应用于聚合物太阳能电池共混活性层中的共轭小分子电子受体材料，具体来说涉及一种基于七并稠环单元为核，末端为拉电子单元的A-D-A共轭分子及其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池(OSCs)由于有质轻、低的加工成本、可大面积制备和良好的机械加工性能等优点为其作为可再生能源提供了可能，因此在学术界受到广泛的关注和研究。近年来，聚合物太阳能电池尤其是以聚合物给体-小分子受体为本体异质结的聚合物太阳能电池取得了显著的成果。对于高效有机聚合物太阳能电池来说，共轭稠环电子受体已经被视为一种可以替代富勒烯受体且拥有巨大潜能的有机太阳能材料。如今，共轭稠环电子受体材料得到了广泛的研究与发展，其目的是用于克服长期作为聚合物太阳能电池受体材料的富勒烯的不足，诸如在可见光区较弱的吸光性能，能级调控受限制等等。近几年，以苯并二茚为首的共轭稠环类受体得到了快速的发展，短短的两年时间内，稠环类小分子受体类有机太阳能电池的光电转化效率就由6.8％飞涨到11.8％(Yang Y,Zhang Z G,Bin H,etal.Side-chain isomerization on an n-type organic semiconductor ITIC acceptormakes 11.77％high efficiency polymer solar cells[J].Journal of the AmericanChemical Society,2016,138(45):15011-15018.)。尽管共轭稠环类小分子受体展现出巨大的潜力，但要真正进入商用领域仍然需要大量的研究。因此，设计合成更为高效的受体材料是推动有机太阳能电池发展的重要一环。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种应用于有机太阳能电池的共轭稠环类小分子受体材料。

本发明的目的之二在于提供一种基于以七并稠环单元为核，末端为拉电子单元的A-D-A共轭分子的合成方法。

本发明的目的之三在于这种受体材料可以在有机太阳能电池方面进行应用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:

一种聚合物太阳能电池共混活性层中的共轭小分子电子受体材料，以七并稠环单元为核，末端为拉电子单元的A-D-A共轭小分子，该材料具有以下结构式:

上述受体材料(ITCT)的制备方法，包括如下步骤：

(1)将化合物2-噻吩甲酰氯1与丙二酰氯在三氯化铝存在下发生傅克反应制备4H-环戊二烯并[b]噻吩-4,6(5H)-二酮2的步骤，

(2)将4H-环戊二烯并[b]噻吩-4,6(5H)-二酮2在碱性条件下与丙二腈发生克脑文格尔(Knoevenagel)缩合反应制备2-(4-氧代-4,5-二氢-6H-环戊二烯并[b]噻吩-6-亚甲基)丙二腈3的步骤，

(3)将2-(4-氧代-4,5-二氢-6H-环戊二烯并[b]噻吩-6-亚甲基)丙二腈3与七元稠环化合物4在碱性条件下发生克脑文格尔缩合反应制备目标产物ITCT的步骤，