[发明专利]一种多卟啉有机小分子光伏材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机小分子光伏材料领域，特别涉及一种多卟啉有机小分子光伏材料及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种可再生的清洁能源，是一个巨大的能源宝库，对太阳能的开发利用越来越受到人类的关注。但太阳能的能量密度低、不易直接利用，需要转化成其它能源才能很好的利用。在太阳能的有效利用中，利用光电池将太阳能转化为电能是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。

可溶液处理的有机聚合物和有机小分子材料太阳能电池具有低成本、易于加工(如可旋涂、喷墨打印等)、适于制备大面积柔性器件等潜在的优势，不仅可以简化器件的制备过程，也可以大大降低了制备成本，从而受到了广泛的关注。电池活性材料中的给体材料可根据分子量的大小分为共轭聚合物和有机小分子，聚合物容易成膜，但产物不容易提纯，分子量分布宽，且每批次合成出来的产品由于分子量及其分布存在差异导致太阳能电池的效率常常存在较大的差异，而有机小分子却不存在这些问题，因此有机小分子在有机太阳能电池中存在其独特的优势。

光合作用是绿色植物通过叶绿素吸收光后，进行光化学反应来储存能量，从而为人类提供食物和能源等。卟啉的结构跟叶绿素相似，具有大的π共轭体系和高的摩尔吸光系数，电子能够快速地从给体转移到受体，容易通过外围基团和空腔金属的修饰来改变其物理化学性质，卟啉及其衍生物是最早被作为光活性材料应用于有机太阳能电池的材料之一。然而，基于卟啉及其衍生物有机太阳能电池的光电转换效率却很低。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种多卟啉有机小分子光伏材料，有效地增大了分子的π共轭体系和分子内电荷转移(ICT)，拓宽了材料的吸收光谱，提高了材料的载流子迁移率；同时通过改变吸电子基团的吸电子能力，有效地调节了分子的HOMO、LUMO能级。

本发明的另一目的是提供上述卟啉有机小分子光伏材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种卟啉有机小分子光伏材料，具有式Ⅰ的结构：

其中：A不存在或为取代或未取代的芳香环共轭桥；B为端基染料基团；M为金属离子或氢；Ar为氢、烷基、烷氧基、取代或未取代的芳香基团；m为2、3或4。

所述Ar为氢，烷基，烷氧基，取代或未取代的由碳氢构成的芳香环，取代或未取代的由碳氢氧构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳氮氧氢构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳硫氢原子构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳硅氢原子构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳氮硫氢构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳硅硫氢构成的芳香杂环，取代或未取代的由碳硅硫氢构成的芳香杂环；取代或未取代的碳氢硒构成的芳香杂环中的一种以上。

所述取代的芳香基团中取代基团为烷基、氟代烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种以上。

所述Ar优选为结构式1～12中的一种：

其中，R₁和R₂相同或不同，为含碳数为0-20的烷基或烷氧基，碳数为0时，R₁和R₂为氢、OH。

所述A为取代或未取代的，碳氢构成的芳香环、碳氮氢构成的芳香杂环、碳氮氧氢构成的芳香杂环、碳氢氧构成的芳香杂环、碳硫氢构成的芳香杂环、碳硅氢构成的芳香杂环、碳氮硫氢构成的芳香杂环、碳氢硒构成的芳香杂环和碳硅硫氢构成的芳香杂环中的一种以上基团构成的共轭侨，构造共轭侨的基本单元数为0、1、2、3或4。

所述取代的芳香环共轭侨中取代基团为烷基、氟代烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种以上。

所述A优选为结构式13～18中的一种：

其中，R₁和R₂相同或不同，为含碳数为0-20的烷基或烷氧基；碳数为0时，R₁和R₂为氢、OH。

所述M为金属离子时，金属离子为锌离子、铜离子、镁离子或镍离子。

所述B优选为结构式19～30中的一种：

其中，R是含碳数为0-20的烷基或烷氧基；碳数为0时，R为氢、OH。

所述卟啉有机小分子光伏材料的结构式中虚线表示M与2个N连接。

所述卟啉有机小分子光伏材料的制备方法，包括以下步骤