[发明专利]一种七元稠环类苯并三氮唑受体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种七元稠环类苯并三氮唑受体小分子及其制备方法和应用。该化合物是以带烷基链的七元稠环类苯并三氮唑(B)作为中间核，氰基基团作为吸电子单元的n‑型非富勒烯受体材料(BIC)。其制备方法是以4,7‑二溴‑5,6‑二硝基苯并三氮唑类化合物为原料，依次通过stille偶联反应引入带烷基链的噻吩并噻吩，再进行闭环，通过亲核取代在N上引入烷基链，通过Vilsmeier‑Haack引入醛基，最后Knoevenagel反应引入极性共轭单元，得BIC化合物，该小分子形成明确的构象和较好的溶解性，其具有普适性的电子受体单元，并在太阳能电池上取得较高的效率(PCE>13％)，是一类富有潜力的光伏材料。

技术领域

本发明涉及一种有机太阳能电池受体材料，特别涉及一种七元稠环类苯并三氮唑受体小分子，还涉及其制备方法和在有机太阳能电池中的应用，属于有机太阳能电池材料制备技术领域。

背景技术

随着能源问题的日益严重，发展新型能源迫在眉睫，而太阳能由于具有清洁无污染，且取之不尽，用之不竭等诸多优点而具有很大发展前景。如何更好的利用太阳能是应对能源危机的关键解决办法。有机太阳能电池因其具有柔性、价格低廉，可低成本制备引起研究学者的广泛关注。经过二十多年的发展，目前单层异质结的有机太阳能电池的效率已经达到14％，在未来很有可能会取代传统的硅基电池。

[Advanced Energy Materials.2013,3(1):54-59.]公开有机太阳能电池最常用的给体材料PTB7-Th(PCE10)的吸收及在550-780nm的光学带隙(Eg^opt＝1.59eV)较窄，从而与一般常用的非富勒烯受体材料有较多的重叠，因此，设计并合成更窄带隙(Eg^opt<1.5eV)的非富勒烯受体与低或中等带隙的给体聚合物相匹配的给体材料将是一个新的发展方向。

发明内容

针对现有有机太阳能电池中有机受体材料存在光电转换效率低等问题，本发明的第一个目的是在于提供一种成膜性好，光学带隙窄，光电转换效率较高的七元稠环类苯并三氮唑受体小分子。

本发明的第二个目的是在于提供一种条件温和，操作简单的制备七元稠环类苯并三氮唑受体小分子的方法。

本发明的第三个目的是在于提供七元稠环类苯并三氮唑受体小分子的应用，七元稠环类苯并三氮唑受体小分子在紫外-可见区域(550-900nm)具有更强的吸收(Eg^opt＝1.37eV)，及具有较高的光电转换效率(PCE>13％)，且与现有的常见PCE10给体材料具有更加匹配的能级和具有高而平衡的载流子迁移率，可以用于制备高短路电流和能量转换效率的有机太阳能电池。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种七元稠环类苯并三氮唑受体小分子，其具有式1结构：

其中，

R₀、R和R₁独立选自C₁～C₂₀的烷基(优选的烷基包括直链烷基或带支链的烷基)；

X为以下基团中任意一种：(虚线处为双键连接处)

其中，

R₂为氢、卤素或C₁～C₅烷基。