[发明专利]一种基于四芳基并吡咯核非富勒烯受体材料及其应用

说明书

本发明揭示了一种基于四芳基并吡咯核非富勒烯受体材料及其应用，属于半导体行业有机太阳能电池技术领域。四芳基并吡咯核非富勒烯受体材料具高稳定性、有合适能级、高的载流子迁移率、较好的溶解性和成膜性，能够作为稠环非富勒烯受体应用于有机太阳能电池器件中。本发明涉及材料合成工艺简单、产物易于纯化，能获得较好的有机太阳电池器件性能，利于推广和应用。

技术领域

本发明涉及一种基于四芳基并吡咯核非富勒烯受体材料及其在有机太阳能电池器件中的应用，属于半导体行业太阳电池技术领域。

背景技术

随着能源危机的加重，人们正极力寻找廉价清洁的新能源来代替目前广泛使用的石油、煤、天然气等不可再生能源。太阳能作为一种可再生能源，是基于光伏技术的清洁能源的根本。如何将太阳能来造福人类成为众多学者研究的课题，其中太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的有效手段。

近年来，基于非富勒烯受体的有机太阳能电池的光电转换效率被不断提高而其可柔性加工、质轻、加工成本低等优点使得这类太阳电池被人们广泛关注。随着非富勒烯受体研究的日益深入，已经将其光电转换效率提高到了14％以上。

但是，目前广泛研究的非富勒烯受体主要是基于苝酰亚胺多环芳烃单元和ITIC类似物这两类。前者通常是宽带隙受体，需要匹配窄带系给体材料；后者则局限于分子中心给体单元主要是IDT衍生物或其类似物。其他非富勒烯受体往往与给体小分子或者聚合物匹配之后难以获得高的光电转换效率。虽然，不断地有上述两类非富勒烯受体的类似物结构被发展，且能获得较高的光电转换效率，但是材料设计受限，依然极大的阳.碍了非富勒烯受体材料的发展。

研究表明四芳基并吡咯结构具有非常高的载流子亲和势，且可通过调控其取代芳基来调控其能级以及分子堆积形态，但吡咯本身却从未被用于构筑有机太阳能电池可用的非富勒烯受体材料。

发明内容

本发明提出一种基于并吡咯核非富勒烯受体材料及其应用，其使用并吡咯核与芳香桥以及两端强吸电子基团经简单化学反应，高产量、高通量获得一种基于并吡咯核非富勒烯受体材料，能作为非掺杂的空穴传输层材料应用于有机太阳电池器件中。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于四芳基并吡咯核非富勒烯受体材料，所述四芳基并吡咯核非富勒烯受体材料，其结构通式如通式I所示；

其中，Ar1为苯环、噻吩、硒吩、并噻吩或苯并噻吩中的一种，Ar2为苯环、噻吩、硒吩、并噻吩中的一种；X为噻吩、硒吩、C1-C8烷基化噻吩、单或双氯代噻吩、单或双氟代噻吩、C1-C8烷基苯、Cl-C8烷氧基苯、苯并噻二唑、单或双氟代苯并噻二唑或吡啶并噻二唑中的一种；Y为H、Cl、F或甲基中的一种；R1为C2或C6直链烷基；R为C6-C24的直链烷基、C6-C24的直链烷氧基、C6-C24的支链烷基、C6-C24的支链烷氧基中的一种，Ar1与Ar2间虚线表示Ar1与Ar2可以处于自由旋转状态也可通过共价键连接形成大的共轭体系。

优选地，所述四芳基并吡咯核非富勒烯受体材料为通式II所示基于四芳基并吡咯核非富勒烯受体材料中的一种，其结构式为：

其中，Ar1为苯环、噻吩、硒吩、并噻吩或苯并噻吩中的一种，Ar2为苯环、噻吩、硒吩、并噻吩中的一种；X为噻吩、硒吩、C1-C8烷基化噻吩、单或双氯代噻吩、单或双氟代噻吩、C1-C8烷基苯、C1-C8烷氧基苯、苯并噻二唑、单或双氟代苯并噻二唑或吡啶并噻二唑中的一种；Y为H、Cl、F或甲基中的一种；R1为C2或C6直链烷基；R为C6-C24的直链烷基、C6-C24的直链烷氧基、C6-C24的支链烷基、C6-C24的支链烷氧基中的一种，Ar1与Ar2间虚线表示Ar1与Ar2可以处于自由旋转状态也可通过共价键连接形成大的共轭体系。