[发明专利]一种含咔唑九元稠环中心核的D(A-Ar)4型有机光电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种含咔唑九元稠环中心核的D(A‑Ar)₄型有机光电材料及其制备方法和应用。通过将三元咔唑中心环单元偶联噻吩衍生物，通过关环反应和偶联反应，获得一类含咔唑基的九元稠环共平面结构的芳香化合物衍生物以及含咔唑九元稠环中心给体核的D(A‑Ar)₄蝴蝶型有机小分子光伏材料。此类九元大稠环平面结构的芳香化合物的衍生物和其对应的D(A‑Ar)₄蝴蝶型有机小分子光伏材料具有高的热稳定性和良好的平面性。本发明开发的具有宽的光谱吸收范围和合适的能级结构，有望用于有机太阳能电池的给体或者受体材料。

技术领域

本发明具体涉及分子中心给体核包含咔唑九元稠环中心核的D(A-Ar)₄蝴蝶形小分子材料，能够应用于有机光电技术领域。

背景技术

有机太阳能电池因其价廉、质轻以及可大面积印刷等特点已成为光伏材料领域的研究热点。

有机小分子给体作为吸收太阳光转换为电能的光敏活性层中的重要材料，由于具有纯化简单、单分散性、明确的结构、易于修饰和重现性好等突出优点，具有广阔的市场应用前景。因此，基于小分子的有机太阳能电池材料及其电池受到了越来越多的重视。

然而，基于有机小分子太阳能电池材料目前仍然存在吸收光谱窄、载流子迁移率低、电池效率不高和稳定性较差等科学问题，需要发展新型的高性能的有机小分子光伏给体材料。

发明内容

本发明目的在于所述的含咔唑九元稠环共轭平面中心核及其D(A-Ar)₄蝴蝶形衍生物通过关环和偶链反应得到。提供一种较大的共轭平面性、较宽的紫外吸收和高迁移率的含咔唑九元稠环稠环中心核及其D(A-Ar)₄蝴蝶形衍生物结构小分子材料及其在有机光电器件中的应用。该类小分子材料具有明确的分子结构、易于修饰和批次重复性好、良好的分子平面性、较宽的紫外吸收和较高的迁移率等特点，可以提高有机电池器件的电荷收集能力、短路电流、填充因子，在提高电池器件的能量转换效率方面具有重要的潜力。

本发明所述的含咔唑九元稠环中心核及其D(A-Ar)₄蝴蝶形衍生物，其主要特点在于：含咔唑咔唑九元稠环中心为给体核(D)，具有吸电子性质的共轭结构为A单元和末端氢原子、氟原子以及稠环芳烃为Ar单元，通过Stille或者Suzuki偶链反应构筑D(A-Ar)₄蝴蝶形有机小分子衍生物给体材料。

本发明技术方案如下：

含咔唑九元稠环给体核的D(A-Ar)₄蝴蝶形有机小分子，具有一下结构：

其中，R为独立地选自C₁₆～C₂₀支链烷基；

其中，D为基于咔唑九元稠环共轭平面中心核，X为S、Se、O原子；

其中，A为具有吸电子性质的共轭单元。所述A共轭单元为噻吩吡咯并吡咯二酮、噻唑吡咯并吡咯二酮、苯基吡咯并吡咯二酮、吡啶吡咯并吡咯二酮、异靛蓝、吡啶异靛蓝、噻吩异靛蓝、双噻吩[3,4-b]吡咯二酮、苝酰亚胺、萘酰亚胺、噻吩[4,5-b]并吡啶酮、双氟-噻吩[4,5-b] 并吡啶酮、单氟苯并噻二唑、双氟苯并噻二唑、单氯苯并噻二唑、双氯苯并噻二唑、烷氧基苯并噻二唑、吡啶并噻二唑、单氟苯并锡二唑、双氟苯并锡二唑、单氯苯并锡二唑、双氯苯并锡二唑、烷氧基苯并锡二唑、吡啶并锡二唑、噻吩[3,4-b]并-3-氟-噻吩酯、噻吩[3,4-b]并-3- 氯-噻吩酯、噻吩[3,4-b]并-3-氟-噻吩酮、噻吩[3,4-b]并-3-氯-噻吩酮、苯并双噻二唑、苯[2,3-c] 吡咯二酮、噻吩[2,3-c]吡咯二酮、苯并二噻吩二酮和双氟苯并三氮唑受体单元；