[发明专利]基于硫芴的稠环非富勒烯受体化合物、其制备方法及在太阳能电池中的应用

说明书

本申请公开了一种基于硫芴的稠环非富勒烯受体材料，其合成方法及在太阳能电池领域中的应用。所述非富勒烯受体材料具有如式I所示的结构，可作为n‑型有机半导体材料用于太阳能电池。所述非富勒烯受体材料易溶于常用的有机溶剂，具有较高的吸收系数和良好的热稳定性，在有机太阳能电池中可实现高的开路电压和能量转换效率，是理想的有机太阳能电池受体材料。

技术领域

本申请涉及一种稠环非富勒烯受体化合物、其制备方法及其作为n- 型半导体材料在有机太阳能电池方面的应用。

背景技术

有机太阳能电池是利用有机半导体材料将光能转化为电能的器件。由于其具有加工成本低，原料易得，容易大面积制备和可以做成柔性器件等优点，已成为当今新能源研究的热点之一。一直以来用于有机太阳能电池的受体材料主要是富勒烯及其衍生物(PC61BM、PC71BM)，但由于富勒烯受体材料固有的一些缺点，如吸收波长短，合成成本高，分子能级不易调控等，限制了其在高效率有机太阳能电池中的进一步发展。因此，开发可以替代富勒烯的新型受体材料是非常有意义的。

非富勒烯受体作为一种新的受体材料，由于其具有合成及纯化工序简单，吸收系数、吸收波长及分子能级等性能易调控等优点，从而可以克服上述富勒烯的缺点，并有望逐步取代富勒烯受体材料。2015年占肖卫等首先报道了一种具有“受体-给体-受体”(“A-D-A”)结构的非富勒烯受体材料ITIC，其作为受体材料与给体材料PTB7-Th共混制备的薄膜太阳能电池效率达6.8％(Adv.Mater.2015,27,1170)。从此，人们对非富勒烯受体材料展示出极大的兴趣和关注。至今，基于非富勒烯受体的单节有机太阳能电池的能量转换效率已超过13％。但是目前作为高性能非富勒烯受体的给体单元(“D”)的种类还比较有限，已报道的高性能非富勒烯受体材料主要是基于引达省并二噻吩(IDT)和引达省并二(噻吩并噻吩)(IDTT) 为给体单元。虽然，不断地有基于上述两种给体单元的非富勒烯受体被发展，并且其电池器件可以获得较高的能量转换效率，但是材料结构设计受限，依然极大地阻碍了非富勒烯受体材料的发展。

因此，仍需设计并合成新的给体单元，从而发展新型高效率的非富勒烯受体材料，进而使有机太阳能电池在柔性电子器件及相关产品得到更好的应用。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种新型的基于硫芴的稠环非富勒烯受体材料。该聚合物可作为n-型有机半导体材料用于太阳能电池中。

所述基于硫芴的稠环非富勒烯受体化合物，其特征在于，具有式I所示的结构：

其中，Ar¹¹、Ar¹²独立地选自含有至少一个噻吩环的基团中的任意一种；

R¹¹、R¹²、R¹³、R¹⁴独立地选自C₁～C₂₈的烷基、C₁～C₂₈的氟代烷基、 C₆～C₄₀的芳香基、C₆～C₄₀的氟代芳香基中的任意一种；

TA¹¹、TA¹²独立地选自式II-1、式II-2、式II-3、式II-4、式II-5、式 II-6、式II-7、式II-8、式II-9、式II-10所示的基团；