[发明专利]基于稠环噻吩的芳香体系

说明书

本发明涉及基于噻吩的小分子受体、其制备方法及其用于制备有机太阳能电池(OSC)中的光活性层的制剂。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年1月10日提交的美国临时专利申请No.62/709,172的优先权和权益，其公开内容通过引用整体并入本文

技术领域

本发明总体涉及有机半导体、其制备方法及其用于制备有机太阳能电池中的光活性层的制剂。

背景技术

有机太阳能电池被认为是一种有前景的、低成本的、环保的太阳能技术，因为有机太阳能电池可以用成本较低的印刷方法生产，通常不需要任何有毒材料。

一个典型的有机太阳能电池器件由一对作为电子给体和电子受体的材料组成。最常用的一类电子受体是富勒烯类电子受体。传统的基于富勒烯的有机太阳能电池已经取得了巨大的成功，功率转换效率(PCEs)达到了10％以上。然而，富勒烯衍生物作为电子接受材料存在着许多缺点，包括在可见光区域吸光率低、生产纯化成本高、形态不稳定等。

为了解决上述的一些不足之处，大量的研究集中在开发基于非富勒烯的有机太阳能电池上，这有望成为下一代的有机太阳能电池，比传统的基于富勒烯的有机太阳能电池更高效、更稳定、成本更低。构建非富勒烯基有机太阳能电池有几种材料选择。其中，基于聚合物给体和小分子受体的有机太阳能电池在过去三年中得到了快速发展。为了开发高效的聚合物:小分子受体的有机太阳能电池，新型小分子受体材料的设计和合成已经投入了大量的研究工作。

近一半的太阳能都位于近红外区域，因此开发低带隙(1.20-1.35eV)的小分子受体以实现近红外区域吸收最大化、实现高短路电流密度(Jsc)和功率转换效率(PCEs)是重要的。然而，在这样的低带隙小分子受体中，如何使电压损失(低于0.7V)最小化是一个持续的挑战。因此，有必要开发改进的小分子受体化合物来解决某些上述问题。

发明内容

这里提供的是基于稠环的三噻吩[3,2-b]噻吩核的小分子受体。该小分子受体具有超低带隙，吸收范围宽(扩展到近红外区域)等优点。

在第一个方面，这里提供了一个小分子受体，其具有式I：

其中每一个A都是独立地选自由以下组成的组：

每一个B不存在或每一个B都是从以下组中独立选出的：

每个V从H、烷基、氯、溴、CN、OR₆和NHR₆组成的组中独立选择；

X和Y的每一个是H、F、Cl、Br、CN、OR₆或NHR₆；

每一个W都是独立的O、S、Se或Te；

R₁、R₂、R₃和R₄的每一个独立选择地选自由以下组成的组：烷基、环烷基、烷基苯基、烷基噻吩基、烷基芳基等，它们包含2-40个碳原子,其中一个或多个不相邻的碳原子可以任选地被以下基团替换：–O–、–S–、–(C＝O)–、–C(＝O)O–、–OC(＝O)–、–O(C＝O)O–、–CR₇＝CR₈–，或者–C≡C–，并且一个或多个氢原子任选地被以下基团取代：F、Cl、Br、I、CN、具有4至30个未被取代或被一个或多个非芳香基团取代的环原子的以下基团：芳基、杂芳基、芳基氧基、杂芳氧基、芳基羰基、杂芳基羰基、芳基羰基氧基、杂芳基羰基氧基、芳氧基羰基或杂芳基氧基羰基；

R₅是烷基或环烷基；