[发明专利]一种不对称非富勒烯受体的合成及其太阳能电池的印刷制备

说明书

本发明属于光伏材料技术领域，公开了一种苝二酰亚胺不对称小分子非富勒烯受体的合成及印刷制备有机太阳能电池的方法，苝二酰亚胺不对称小分子非富勒烯受体为基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1‑D‑A2型不对称非富勒烯小分子受体，结构式如式Ⅰ所示。本发明印刷制备有机太阳能电池提供的宽带隙的不对称小分子受体材料具有良好的溶液加工性能和电子传输性能，并且与窄带隙聚合物给体材料PTB7‑Th等结合后具有良好的吸收互补和能级匹配；本发明可应用于，能获得最高为0.95伏的开路电压，2.01％‑3.27％左右的能量转换效率，本发明提供的宽带隙不对称非富勒烯小分子受体在有机光伏领域的应用前景广阔。

技术领域

本发明属于光伏材料技术领域，涉及一种苝二酰亚胺不对称小分子非富勒烯受体的合成及制备方法，具体涉及一种桥联单元咔唑为核心的A₁-D-A₂型不对称小分子受体及其制备方法和在有机太阳能电池中的应用。

背景技术

太阳能是目前人类了解到的最大能源，其具有取之不尽、用之不竭、分布广阔、清洁、无污染等特点，是一类理想的可再生能源。太阳能电池作为可直接将太阳能转换成电能的装置，受到了人们广泛的关注和研究。其中，有机太阳能电池因其质量轻、柔性、半透明、可卷对卷印刷等优点，作为太阳能在移动端应用的重要组成部分，成为科研工作者研究的重点。今年来，通过对给体和受体材料的不断发展、制备工艺和器件结构的优化等手段，体异质结有机太阳能电池的效率得到了极大的提高。

目前，基于富勒烯及其衍生物为受体的有机太阳能电池的效率已超过10％。然而富勒烯受体存在一些对器件性能具有急剧影响的缺陷，例如在可见光区吸收较弱而导致短路电流较低、有二聚趋势从而导致稳定性较差、合成和纯化困难、成本高、能级调控困难等，极大地限制了基于富勒烯受体的有机太阳能电池效率的进一步提高。为了解决目前富勒烯受体存在的问题，发展高性能的非富勒烯受体材料十分必要。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有技术有机太阳能电池制备材料中，溶解性差，不能够溶于大部分有机溶剂；而且吸收光谱互补性能差。能量转换效率低。而且现有技术制备工艺繁琐，成本高。

解决上述技术问题的意义：

在给体材料方面，聚合物给体材料得到了系统地研究和快速发展，众多聚合物材料脱颖而出，例如PM6、PTB7-Th等。为了替代富勒烯材料，非富勒烯受体材料除了要与聚合物给体材料形成较好的吸收光谱互补，能级匹配外，还应具有较高的电子传输性能以匹配拥有较高空穴传输能力的给体材料，以降低双分子重组来得到更高的短路电流。因此发展具有各向异性的不对称小分子受体，本发明有效地解决这一问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明提供了一种苝二酰亚胺不对称小分子非富勒烯受体的合成及制备方法。该类小分子受体与窄带隙聚合物给体材料能形成良好的吸收光谱互补。同时平面型的不对称结构可以有效的提高小分子受体的电子传输性能，将该类小分子受体材料应用于有机太阳能电池中能获得较高的能量转换效率。

本发明的技术方案为：一种含有桥联咔唑单元核的宽带隙A₁-D-A₂型不对称小分子受体，具有以下通式结构：

其中，R为C₁-C₁₂的直链或支链烷基；连接位置位于式中的2、7或者3、6位；A₁选用式Ⅱ、式Ⅲ中所示的未稠合或稠合的苝二酰亚胺分子，其中R₁为C₈-C₂₁的直链或支链烷基；A₂选用式Ⅳ、式Ⅴ、式Ⅵ、式Ⅶ、式Ⅷ、所示吸电子基团，其中R₂为C₁-C₁₂的直链或支链烷基，X₁和X₂分别为氢、烷基、氯原子、氟原子：