[发明专利]多胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物及其制备方法与应用。所述胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物的结构式如式Ⅰ所示，本发明提供了一种简单宜行、可大规模制备的芳香酰亚胺类界面层的合成方法，且所得修饰层性能优异，本发明将对其应用的推广具有重要意义，这种界面材料在半导体器件尤其是光伏电池等方面有可能得到应用。在薄膜光伏电池中，尤其是有机/聚合物太阳能电池中，使用这种芳香酰亚胺衍生物作为修饰层，高功函金属做阴极，器件性能优异；更为重要的是这类阴极界面修饰层材料，侧链能够对材料芳香基团进行有效的掺杂，导电性高，因而表现为器件对修饰层厚度不敏感。

技术领域

本发明涉及一种多胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物的制备与应用。

背景技术

在有机半导体领域，如有机聚合物太阳能电池以及电致发光领域，通常采用低功函的金属(例如Ca、Mg、Ba)做阴极，以增强电子的收集或者注入。然而这些低功函金属在空气中，非常不稳定，容易和水氧反。研究中发现，使用极性基团(如铵盐、胺基等)修饰的有机界面材料可以极大程度的降低高功函金属的功函(Tang,C.G.,Nature 2016,539,536)，这一发现让在这些半导体器件中使用高功函金属(如铝)成为可能。进一步研究发现，使用这些界面材料可以有效提高半导体器件的性能(H.-L.Yip,Energy Environ.Sci.2012,5,5994)。另外，有机界面材料还具有化学结构可调控性强的突出优点(F.Huang,H.Wu,Y.Cao,Chem.Soc.Rev.2010,39,2500)。但是目前有机类界面层材料合成上存在的问题是：合成难度大、成本高、不容易大规模生产，因而限制了其广泛使用和将来的工业化应用。另外，目前多数有机界面层材料对高功函金属的功函调控的空间有限，因而有机光伏器件的构筑中大多使用铝做电极。使用铝做电极的缺点是，铝在空气中不稳定，电阻较大。通过增加极性基团的极性或者增加极性基团的数量，可以实现增加有机界面层偶极矩并有效降低金属功函的目的。但是会带来有机界面层材料在活性层材料上附着力弱的缺点。这一矛盾的存在限制了高效修饰层材料的开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种多胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物的制备与应用，能够有效调控高功函金属的电极(例如铜和银)。本发明通过缩合反应得到多胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物，该方法具有简单高效、环境污染小、可以大规模制备、成本低等突出优点，对于芳香酰亚胺类界面修饰层材料的应用和推广具有重要意义。另外该类材料含有氢键，和活性层材料具有较强的附着力，因而对于发展广泛适用的界面材料具有重要意义

本发明所提供的胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物的结构式如式Ⅰ所示；

式Ⅰ中，Ar为芳香稠环；

所述芳香稠环具体可为萘环、苝环或它们的衍生物，优选为下述单元中任一种：

其中，R₁和R₂均独立地选自H、C1-C12烷基和C1-C12烷氧基；R₃、R₄、R₅和R₆均独立地选自H、F和Cl。

本发明所提供的胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物具体为式II-式VI所示化合物中任一种：

本发明还进一步提供了式Ⅰ所示胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物的制备方法，包括如下步骤：

式VII所示芳香酰亚胺酸酐与N,N-二甲基亚二丙基三胺进行缩合反应，即得到式Ⅰ所示胺基修饰的芳香酰亚胺衍生物；

式VII中，Ar的定义同式I；

所述N,N-二甲基亚二丙基三胺的结构式如式Ⅷ所示：