[发明专利]一种卟啉有机小分子受体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于有机光电材料的技术领域，公开了一种卟啉有机小分子受体材料及其制备方法与应用。卟啉有机小分子受体材料，其结构式为式I，其中，A为基于苝二酰亚胺衍生物的共轭单元；M为金属离子或氢；Ar为取代或未取代的芳香基团。本发明的卟啉有机小分子受体材料通过引入大π共轭体系的二酰亚胺的衍生物，使得共轭面和共轭链拉长拉宽，使其在可见光范围内的吸收有所增强；而且本发明的受体材料电子传输性能好，同时保持了材料的溶解性能。本发明的受体材料用于有机光伏电池领域。

技术领域

本发明属于有机光电材料领域，具体涉及一种卟啉有机小分子受体材料及其制备方法与应用。所述卟啉有机小分子受体材料在有机光伏电池中的应用。

背景技术

从20世纪70年代开始爆发的能源危机，随着社会的飞速发展，以及人类对传统化石能源需求量的增大，化石能源枯竭之日已然迫近。因此，绿色可持续可再生能源的开发利用迫在眉睫，是当今科研工作者的重要研究课题。太阳每秒照射地球到地球的能量相对于500万吨燃煤，并且太阳能是一种清洁、高储备、宽分布的能源。因此，人们就采用各种方式，希望将太阳能利用起来。利用光伏电池将太阳能转换为电能，就是目前最有效利用太阳能的技术之一。

21世纪以来，以晶硅为代表的无机太阳能电池已经逐渐投入商业化生产，但是仍然面临加工成本高，难以大面积印刷生产的困扰。相比而言，有机光伏电池具有合成成本低、易加工(可旋涂、喷墨打印等)、质轻等优势，充分弥补了无机太阳能电池的缺陷。因此，有机光伏电池的研发近年来飞速发展。

有机光伏电池结构呈夹层型，即在两电极之间夹着活性层和界面层。活性层以给体材料和受体材料共混而成。当光照射到活性层上，活性层的给/受体材料产生激子，激子扩散到给/受体截面处发生电荷分离；分离的空穴和电子分别到达两极，从而实现光电转换。而传统的受体材料采用富勒烯衍生物，该类受体材料在可见区几乎无吸收，并且不易于调控能级和带隙；因此，这限制了有机光伏电池活性层的发展。而非富勒烯受体材料中，聚合物受体材料合成相对于富勒烯衍生物来说，制备过程相对简单，但是由于每批次合成出的分子存在分子量和分布宽度的差异，使得批次不同电池效率也受一定影响。另外，聚合物受体材料分子量分布宽，提纯过程也存在相当程度的困难。相对于聚合物受体材料来说，有机小分子不但能够人为可控的调节吸收、能级、带隙，而且不存在聚合物受体材料的问题，使得非富勒烯小分子受体材料在有机光伏电池中具有独特的优势。

早期的卟啉是从含有卟啉化合物的天然产物中通过提取、分离、纯化等方法得到，如血红素、叶绿素等。卟啉具有一个大的π共轭体系，有利于电子传输。其大π体系利于电子传输，因此逐渐被人们开始应用于受体材料。但由于卟啉本身吸收较宽，可见光范围内的吸收并不好，并且其刚性结构会影响其在常见溶剂中的溶解度。

本发明通过对卟啉进行修饰，保证了卟啉的溶解性，使其在发挥电子传输性能的同时，增强可见光范围的吸收。

发明内容

为克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种卟啉小分子受体材料。本发明通过对卟啉进行修饰，调节了卟啉的溶解性和可见光吸收范围，使其在发挥电子传输性能的同时，增强可见光范围的吸收。

本发明的另一目的在于提供上述卟啉有机小分子受体材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述卟啉有机小分子受体材料的应用。所述卟啉有机小分子受体材料在有机光伏电池中应用。

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受体材料，其结构式为式I：

其中，A为带有极性基团的共轭单元；M为金属离子或氢；Ar为取代或未取代的芳香基团；

A为基于苝二酰亚胺衍生物的共轭单元。

A为以下结构单元中的一种：