[发明专利]一种基于苯并酰亚胺的受体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机太阳能电池技术领域，尤其涉及一种基于苯并酰亚胺的受体材料，以含有苯并酰亚胺或双苯并酰亚胺单元为给电子单元D，以富含有氰基和酮基的基团作为吸电子单元A，在中心给电子单元D的两端同时连接吸电子单元A，形成A‑D‑A共轭结构的苯并酰亚胺多元环受体小分子。本发明基于苯并酰亚胺的受体材料在紫外‑可见光区域(600‑1000nm)具有较强的光吸收，光学带隙窄(1.07eV)，与现有的宽带隙给体材料具有更加匹配的能级和较高的载流子迁移率，且易溶于常见的有机溶剂。将其应用到在有机太阳能电池中可实现较高的短路电流(12.75mA/cm²)和能量转化效率(5.85％)，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池技术领域，尤其涉及一种基于苯并酰亚胺的受体材料及其制备方法，以及该受体材料在有机太阳能电池中的应用。

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，具有很大的发展前景。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(OPV)以有机共轭分子为活性材料，具有重量轻、可弯曲、原料来源广、成本低，可溶液加工和大面积制备等诸多优点，在全球学术界和工业界受到广泛的关注。其中光敏活性层材料是将太阳光转化为电能的主体材料，是决定有机太阳能电池性能的关键因素，通常由给体材料和受体材料组成。共轭分子材料的开发和不断发展进步是有机太阳能电池性能提高的源动力。近年来，包括共轭高分子、共轭小分子、富勒烯等许多种类的有机共轭化合物广泛应用到电池活性层，并取得了显著成果。在有机太阳能电池发展历程中，基于富勒烯受体的聚合物太阳能电池在受体材料方面表面出卓越性能，受到科学家们的广泛研究和关注，富勒烯衍生物作为受体材料长期占据着统治地位。但是富勒烯衍生物本身所具有的不稳定性、高成本、在可见光区吸收弱、能级调控难以及分子量分布的多分散性和批次间重复性差等问题，使得科学家开始寻找能代替它们的光伏材料，以适应实际生产的应用。

有机共轭分子所具有的确定分子结构和分子量，各向异性的共轭骨架，高纯度以及批次稳定性等优良特性，使其在太阳能电池方面的研究热度越来越高。经过几十年的发展，目前单层异质结的有机电池的效率已经突破16％，在一些特殊领域具有取代传统的硅基电池的潜力。然而，目前有机太阳能电池常用的受体材料的吸收大部分在500～800nm之间，光学带隙较宽(Eg^opt＝～1.55eV)，在一定程度上制约了有机太阳能电池的光电转换效率，从而限制了有机太阳能电池的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于苯并酰亚胺的受体材料，旨在解决现有有机太阳能电池用受体材料紫外可见光光谱吸收带窄，吸收弱，光学带隙宽等技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种基于苯并酰亚胺的受体材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种有机太阳能电池。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于苯并酰亚胺的受体材料，所述苯并酰亚胺的受体材料至少包含下列式(Ⅰ)化合物和式(Ⅱ)化合物中一种活性成分：

其中，R₁₁、R₁₂、R₂₁、R₂₂、R₃₁、R₃₂分别独立地选自C₆～C₃₀的烷基链；Y选自硫或硒； X₁和X₂为吸电子单元，所述X₁和X₂分别独立地选自以下吸电子基团中的任意一种：

其中，R₄选自：氢、氟、氯、氰基、甲氧基、硫氧基和甲基中任意一种，T选自：氧、硫和硒中任意一种。