[发明专利]一种A-D-A型有机小分子及其制备与应用

说明书

本发明公开一种A‑D‑A型有机小分子及其制备与应用。所述小分子以二噻吩并噻咯为核、并噻吩(TT)或者单噻酚作为不同π桥的新型A‑D‑A型小分子DINTTDTS和DINDTS，分别以DINTTDTS和DINDTS为给体制备可溶液处理的全小分子太阳能电池。基于DINDTS的器件能量转化效率为4.52％，其电流密度(J_sc)为19.96mAcm^‑2，填充因子(FF)为57.5％。然而基于DINTTDTS的器件的能量转化效率为2.79％，其J_sc为8.98mA cm^‑2，FF为39.5％。

技术领域

本发明涉及A-D-A型有机光伏小分子的合成方法以及基于可溶液处理的小分子给体材料的全小分子有机太阳能器件的光伏性能研究。

背景技术

富勒烯及其衍生物常被作为有机太阳能电池中的受体材料，但是富勒烯及其衍生物具有对可见-近红外的光谱吸收较弱、成本高且不易保存以及光学和电学性能难以协调等缺陷，极大地限制了基于富勒烯受体材料的有机太阳能电池的应用以及效率的进一步提高。因此，吸光系数更高、可调控能级以及成本相对较低的非富勒烯受体材料越来越受到研究者们的青睐。近年来，研究者通过对非富勒烯受体材料的设计与改进，并且选取适合的聚合物给体材料进行匹配，基于非富勒烯受体的太阳能电池的PCE已经超过了13％。然而，给/受体皆为小分子材料的全小分子太阳能电池大部分效率都比较低。

噻吩并噻吩(TT)由于具有醌式结构，使其相比于单噻吩具有更高的芳香稳定性，这意味着TT可以通过降低HOMO能级来提高开路电压，因此，TT常被用来构筑高迁移率的p-型半导体材料。

发明内容

本发明提供一种A-D-A型有机小分子DINTTDTS及其制备与应用，以DTS单元为核、TT为π桥、1,3-茚满二酮(IN)作为端基的A-D-A型小分子给体材料DINTTDTS，以DINDTS和DINTTDTS为活性层给体材料、非富勒烯小分子IDT-C8为受体材料制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/donor:IDT-C8/PDINO/Al的光伏器件，研究π桥对于器件性能的影响，来研究不同的π桥对于材料的光学，热学和电化学等性质的影响。

本发明采用技术方案为：

本发明提供一种A-D-A型有机小分子，结构式如下：

本发明还提供一种所述A-D-A型有机小分子的制备方法，所述方法为：(1)溴代反应：将式(Ⅰ)所示化合物(即3-己基并噻吩)和式(Ⅱ)所示化合物(即N-溴代琥珀酰亚胺)溶于有机溶剂A中，常温搅拌12h，反应液分离纯化，制得式(Ⅲ)所示化合物；所述有机溶剂A为重蒸三氯甲烷(A.R.，使用前需加氢化钙回流数小时，然后蒸馏，收集61-62℃馏分)；所述式(Ⅰ)所示化合物与式(Ⅱ)所示化合物的物质的量比为1：1.05～1.10，优选为1:1.05；

(2)Vilsmeier-Haack反应：将式(Ⅲ)所示化合物溶于有机溶剂B中并加入试剂，70℃下搅拌回流12h，反应液分离纯化，制得式(IV)所示化合物；所述有机溶剂B为超干1,2-二氯乙烷；所述试剂为三氯氧磷和N,N-二甲基甲酰胺以体积比4:5的混合溶液；所述有机溶剂B体积用量以式(Ⅲ)所示化合物质量计为15ml/g；所述试剂体积用量以式(Ⅲ)所示化合物质量计为4.5ml/g；

(3)Knoevenagel缩合反应：将式(IV)化合物和式(V)所示化合物(即1,3-茚満二酮)溶于有机溶剂A中，在催化剂A的作用下60℃回流3h，反应液分离纯化，制得式(VI)所示化合物；所述催化剂A为哌啶；式(Ⅳ)所示化合物与式(Ⅴ)所示化合物的物质的量比为1：1～2，优选1:1.5；；有机溶剂A体积用量以式(Ⅳ)所示化合物重量计20ml/g；所述催化剂A体积用量以式(Ⅳ)所示化合物重量计0.1ml/g；