[发明专利]一种基于二(并二噻吩)并六元杂环的受体材料及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及一种基于二(并二噻吩)并六元杂环的受体材料及其制备方法和应用，该小分子受体材料以两个并二噻吩稠和一个含氧族杂原子的六元环构成的非对称五元稠环结构作为母核，通过在母核两侧引入共轭基团作为π桥，并在母核两侧设计了与π桥相连的特定结构的拉电子端基，最终形成了系列全新的、溶解性好、热稳定好的A‑D‑A型小分子受体材料，该受体材料的母核具有强给电子能力，π桥有效延长了分子的共轭长度，末端拉电子基团A可以有效调节分子最低未占据分子轨道(LUMO)能级，拓宽了材料的吸收光谱，减小了材料的光学带隙，增强了分子间电荷转移能力，从而提高了光电流，特别适用于制备高短路电流和高能量转换效率的太阳能电池。

技术领域

本发明涉及一种基于二(并二噻吩)并六元杂环的受体材料及其制备方法和应用，属于有机光伏材料技术领域。

背景技术

为了减轻当前能源危机所带来的压力，世界各国广泛重视清洁能源的利用，其中太阳能具有满足全球能源需求的可行性。太阳能电池作为一种广泛应用的技术，有希望能够长期解决因为大规模生产和消费化石燃料所造成的能源危机和环境污染问题。有机太阳能电池具有成本低、质量轻、柔韧性好、半透明、颜色可调、可大面积印刷制备等独特的优点，引起学术界和产业界的广泛关注。

对于高性能的有机太阳能电池，给体材料和受体材料的分子设计对器件的光伏性能有着直接的影响。目前，电子受体材料的发展远远落后于给体材料，而非富勒烯类受体材料由于分子结构易于设计、吸收光谱及能级可调等优点，备受研究者的青睐，其中，基于碳桥梯形稠环单元的小分子非富勒烯受体材料的光电转换效率纪录不断攀升而受到越来越多的关注，现己成为有机太阳电池研究的一个新热点。

尽管碳桥梯形稠环单元作为给电子单元在构筑非富勒烯受体材料方面都表现出优异的性能，但其给电子能力较差，而由于材料的带隙和吸光能力主要取决于给电子单元与吸电子单元之间的推拉效应，这就意味着碳桥梯形单元较差的给电子能力将成为限制其材料吸光能力进一步提高的瓶颈。

因此，目前需要开发出新的结构单元来弥补现有技术的不足，提高材料的性能，提升应用的价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有非富勒烯受体材料存在的给电子能力及吸光能力较差的技术问题，本申请提供了一种基于二(并二噻吩)并六元杂环的受体材料及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用的技术方案是：

本发明首先提供了一种受体材料的母核二(并二噻吩)并六元杂环，具有如式5所示的结构：

其中，X为氧原子、硫原子、硒原子、碲原子中的任意一种，R为氢原子、C₁-C₃₀的烷基、C₁-C₃₀的烷氧基、烷基/烷氧基苯基中的任意一种。

本发明还提供了一种基于二(并二噻吩)并六元杂环的小分子受体材料，具有如式9所示的结构：

其中，π为π桥，A为拉电子基团；

所述π桥为如下基团中的任意一种：

所述拉电子基团A为如下基团中的任意一种：

其中，π桥结构中的R₁为C₁-C₃₀的烷基中的任意一种；拉电子基团A中的R₂为氢原子、卤素、C₁-C₂₀的烷基/烷氧基、烯基、炔基、芳基、羰基、酯基或氰基中的任意一种。

本发明还提供一种上述二(并二噻吩)并六元杂环的制备方法，包括以下步骤：