[发明专利]基于茚并[1;2-b]芴的A-D-A型光伏小分子受体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了基于茚并[1,2‑b]芴的A‑D‑A型光伏小分子受体。本发明还公开了基于茚并[1,2‑b]芴的A‑D‑A型光伏小分子受体的制备方法：将双边带硼酸酯的6,6,12,12‑四辛基茚并[1,2‑b]芴与辛基取代的噻吩溴醛或噻吩溴醛，溶于甲苯、乙醇和水的混合溶剂中，在钯类催化剂和碱条件下，以四丁基溴化铵为底物，加热搅拌回流，发生Suzuki偶联反应，经后处理去除混合溶剂，制得中间产物；再与3‑(二氰基亚甲基)靛酮或双氟取代的3‑(二氰基亚甲基)靛酮溶于有机溶剂，在催化剂吡啶作用下搅拌回流，发生Knoevenagel缩合反应，经后处理去除有机溶剂，制得终产物。本发明提供的基于茚并[1,2‑b]芴的A‑D‑A型光伏小分子受体可以作为活性层中电子受体材料用于制备太阳能电池，制备的太阳能电池有良好的光伏性能。

技术领域

本发明涉及有机光伏小分子受体材料的技术领域，特别涉及一种基于 茚并[1,2-b]芴的A-D-A型光伏小分子受体及其制备方法和应用。

背景技术

近些年来，有机太阳能电池(OSCs)由于成本低、质地轻、柔性好 以及可通过印刷进行大面积制造等突出的优点，已经受到了研究者们越来 越多的关注。得益于新型活性层材料的开发以及器件工艺的优化，可溶液 处理的本体异质结(BHJ)有机太阳能电池的能量转化效率(PCE)已经 超过了10％。在过去，富勒烯及其衍生物由于其高电子亲和性、高电子迁 移率、各向同性电荷传输以及适当的相分离尺寸常被用作为受体材料。但 是，富勒烯及其衍生物也有一些固有的缺陷，例如：在可见光波段吸收较 弱，成本较高，能级不易调控，形态稳定性较差。

因此，越来越多的化学家将目光集中在了非富勒烯受体材料(NFAs) 上。非富勒烯受体材料的优势十分明显，例如，在可见光波段的吸收较好 并更接近于太阳光的近红外区域，稳定性好，合成简单，能级容易调控。 目前，非富勒烯受体材料已经成为了研究的热点，并且在基于相同的给体 材料的情况下，使用非富勒烯受体材料往往相比于富勒烯及其衍生物受体 能获得更好的器件性能，能量转化效率(PCE)已经超过了13％。

在不同类型的非富勒烯受体中，含稠环芳核的A-D-A型或A-π-D-π-A 型小分子受体表现出了优异的性能。并且之前的报道表明在非富勒烯小分 子受体中引入芴结构是一个非常有效的策略。由两个芴组成的梯形结构茚 并[1,2-b]芴已经被应用于基于富勒烯的OSCs中的p型聚合物半导体，以 及有机场效应晶体管。由于延长的共轭，其拥有更宽更强的吸收带，因此 茚并[1,2-b]芴是构建有机太阳能电池中高效率非富勒烯受体材料的非常具有前景的结构单元。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于茚并[1,2-b]芴的A-D-A型光伏小分 子受体及其制备方法和应用。本发明提供的基于茚并[1,2-b]芴的A-D-A型 光伏小分子受体可以作为活性层中电子受体材料用于制备太阳能电池，制 备的太阳能电池有良好的光伏性能。

基于茚并[1,2-b]芴的A-D-A型光伏小分子受体，所述A-D-A型光伏 小分子受体的化学结构式为：

其中，R为H或C₈H₁₇，X为H或F。

当R为H，X为H时，基于茚并[1,2-b]芴的A-D-A型光伏小分子受 体称为ICBF；当R为H，X为F时，基于茚并[1,2-b]芴的A-D-A型光伏 小分子受体称为FICBF；当R为C₈H₁₇，X为H时，基于茚并[1,2-b]芴的 A-D-A型光伏小分子受体称为ICBF-O；当R为C₈H₁₇，X为F时，基于 茚并[1,2-b]芴的A-D-A型光伏小分子受体称为FICBF-O。