[发明专利]一种喹喔啉衍生物受体材料及其制备方法与应用

说明书

式I所示的喹喔啉衍生物及其在制备有机太阳能电池中的用途。式I所示的喹喔啉衍生物在薄膜中表现出低的光学带隙(1.35eV)。通过与中宽带隙聚合物给体PBDB‑TF聚合物给体匹配，制备的器件具有较高的PCE，并且所述器件的E_loss也明显降低。式I所示的喹喔啉衍生物可溶于多种有机溶剂中，因此易于制备各种有机光伏材料。使用喹喔啉衍生物制备的有机太阳能电池具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于有机光伏材料制备技术领域，具体涉及一种喹喔啉衍生物受体材料及其制备方法与应用。

背景技术

有机光伏材料(OPVs)因其低成本、可以大面积制造或用于制备柔性和半透明器件而备受关注。然而，与无机和钙钛矿太阳能电池相比，OPVs表现出低的光-电转换效率，这主要是因为有机材料本身低的介电常数会导致相对大的能量损失(E_loss＝E_g-eV_oc，其中E_g是光活性层的光学带隙，而V_oc是光伏器件的开路电压)。对于应用富勒烯衍生物作为电子受体的传统体异质结OPVs，E_losss通常高于0.6eV，这使得光电转换效率(PCEs)低于12％。随着稠环电子受体，特别是含有一个受体(A)-给体(D)-受体(A)排列的稠环电子受体的发展，非富勒烯OPVs的PCEs迅速超过12％，甚至可以在非常短的时间内达到16％，其中仅有少数材料的E_losss低于0.6eV。

尽管这对无机或钙钛矿太阳能电池来说是正常的，但E_losss低于0.5eV的高性能OPVs迄今为止较为罕见，这意味着E_loss仍然是限制OPV技术光伏效率的关键因素。尽管如此，在过去几年中，人们努力将E_loss降低至低于0.5Ev，从而提高OPVs的效率。相关文献报道了基于富电子的苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩和缺电子的1,3,4-噻二唑部分的大带隙聚合物给体PBDTS-TDZ。与具有代表性的非富勒烯受体ITIC相结合，PBDTS-TDZ基的设备具有最高可达12.8％的PCE和低的E_loss(0.48eV)。相关文献还报道了由于引入一个高的富电子核心DTPC，电子受体DTPC-DFIC在薄膜中于1021nm表现出吸收，这对应于1.21eV的光学带隙。使用窄带隙PTB7-Th聚合物作为电子给体，基于DTPC-DFIC的器件的PCE_max为10.21％，具有极低的E_loss(0.45eV)。

在我们之前的工作中，我们通过引入弱电子受体苯并[1,2-d:4,5-d’]双噻唑，开发了一种大带隙聚合物给体BBTA。通过匹配低带隙电子受体ZITI-Br，实现了11.08％的PCE_max，并且E_loss仅有0.50eV。最近，有文献公开了一种有效的电子受体Y6，其显示在931nm处开始吸收，具有1.33eV的光学带隙。基于Y6的器件显示出非常高的PCE_max(15.7％)和低E_loss(0.50eV)。

为了得到高PCE和低E_loss的OPVs，上述电子受体材料结构仍有待进一步改善。

发明内容

为改善上述技术问题，本发明首先提供如下式I所示的喹喔啉衍生物，

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆相同或不同，彼此独立地选自H、无取代或任选被一个、两个或更多个Rs取代的如下基团：烷基、环烷基、杂环基；

X₁、X₂、X₃、X₄相同或不同，彼此独立地选自卤素或卤代烷基；