[发明专利]一种含卤素修饰核心基的共轭小分子半导体材料及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种含卤素修饰核心基的共轭小分子半导体材料及其制备与应用。所述小分子半导体材料包含卤代二维噻吩并噻吩核心、桥联单元和己基噻吩端基，其制备方法是循环使用有机锡试剂反应和Still偶联得到目标分子，共七步反应：锡试剂反应、Still偶联反应、锡试剂反应、Still偶联反应、锡试剂反应、Still单边偶联反应和Still双边偶联反应，七步反应中三步锡试剂反应均以无需过柱的粗产物直接投入下一步反应，高效且操作简单。本发明的小分子半导体材料拥有较长范围的紫外‑可见吸收，较深的电子最高占有轨道和最低空轨道，具有良好的溶解性和吸光性能，可以作为小分子有机太阳能电池的电子给体材料。

技术领域

本发明涉及有机小分子半导体材料及有机小分子太阳能电池技术领域，具体涉及小分子半导体材料技术领域，特别是涉及一种含卤素修饰核心基的共轭小分子半导体材料及其制备方法。

背景技术

有机半导体材料资源丰厚、结构多样可调，是有机光伏器件中的核心材料。有机太阳能电池，凭借质轻、柔性、可溶液法处理及低成本大面积印刷制备等优点，成为第三代有机太阳能电池中极具竞争力的发展体系之一。依据有机太阳能电池活性层材料，可以将有机太阳能电池分为聚合物有机太阳能电池和小分子有机太阳能电池。多年来，聚合物有机太阳能电池一直是该领域发展的主力军，目前基于聚合物给体和小分子受体材料的太阳能电池最高光电转换效率已经突破18％。但聚合物给体材料分子量的不确定性和高分散性使其纯化困难，并导致材料存在批次差异，往往导致器件效率的重复性不高，这也成为聚合物有机太阳能电池从实验室走向实际生产应用的技术壁垒之一。而小分子有机太阳能电池恰好能弥补这一缺点。随着该领域对半导体材料的要求越来越高，小分子材料结构的精确性及批次无差异的独特优点，使其成为该领域发展的热点之一，小分子太阳能电池的效率也在近两年得到突破，目前最高光电转换效率已经突破15％，表现出良好的发展趋势。

以小分子给体材料和小分子受体材料为活性层的太阳能电池器件称为全小分子有机太阳能电池。小分子受体材料以富勒烯及其衍生物和非富勒烯稠环小分子受体为代表，拥有长足的发展历程。目前市售高效小分子受体材料种类丰富，尤其是非富勒烯稠环类小分子受体材料，代表性高效材料商业化已经普遍。而小分子给体材料的发展要缓慢的多，受聚合物太阳能电池发展浪潮的冲击，小分子给体材料一直到2006年才初具成色。以寡聚噻吩类小分子给体、一维噻吩并噻吩(BDT)类小分子给体和二维BDT类小分子给体最具特色。尤其是二维BDT类小分子给体材料，由于具有良好的共轭π体系、分子平面性、较高迁移率等特点，自2015年起，几乎每年刷新小分子太阳能电池最高效率记录，直至今年突破15％。但是高效的小分子给体材料依旧极度缺乏，并且一直是阻碍全小分子太阳能电池效率继续提升的重要因素之一。

卤素修饰的二维BDT核心单元在聚合物给体材料中应用已经十分广泛，近年来报道数例包含卤素修饰BDT核心的高效聚合物给体材料，如D18、PBDB-T-2F(又称PM6)、PBDB-T-2Cl等，显示出极好的分子平面性和能级调控特性。但是，该结构单元在小分子给体材料中的应用报道较少，具有很大的发展空间。此外，以氟代或氯代二维BDT为核心单元的新型小分子给体材料主要选用烷基链修饰的三联噻吩为π桥单元，还没有选用刚性桥联单元(如BDD或结构修饰的BDD单元)作为π桥的分子被报道。因此，利用此特色单元结构，在π桥或者端基单元进行创新，开发新型的小分子给体材料及其制备方法，为小分子有机太阳能电池发展奠定材料基础，具有重要的研究和应用价值。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含卤素修饰核心基的共轭小分子半导体材料及其制备与应用，为小分子有机太阳能电池器件提供新型的小分子电子给体材料。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种含卤素修饰核心基的共轭小分子半导体材料，所述小分子半导体材料包含卤代二维噻吩并噻吩核心单元、刚性桥联单元和己基噻吩分子端基，所述小分子半导体材料的分子结构式如下所示：